JP2012078827A - Microscope system, microscopy and storage medium - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide information about the influence of various adjustable parameters to a user even when the procedure of data acquisition and/or data processing is complex.SOLUTION: This microscope system includes; microscopes (5 to 11) for acquiring data; and a calculation device 2 configured to execute the control of the microscopes during acquiring the data and the data processing of raw data acquired by the microscopes. The microscopes and the calculation device 2 are configured to execute data acquisition and/or data processing based on a value set in each of the plurality of adjustable parameters. The calculation device 2 is configured to selectively output graphic data 16 according to the adjustable parameter selected from among the plurality of adjustable parameters via an optical output device 3. The graphic data 16 indicate the influence of the selected adjustable parameter in at least one step of the procedure as the basis of the data acquisition and/or data processing.

Description

本発明は、顕微鏡システム、顕微鏡法、及び顕微鏡システムのためのコンピュータ実行可能命令コードを記憶する記憶媒体に関する。本発明は、特に、生データを取得して、その取得した生データを複数のステップを含むプロシージャで計算的に処理するシステム及び方法に関する。   The present invention relates to a microscope system, a microscope method, and a storage medium storing computer-executable instruction codes for the microscope system. In particular, the present invention relates to a system and method for acquiring raw data and computationally processing the acquired raw data with a procedure including a plurality of steps.

顕微鏡は、有機物質及び非有機物質の観察のために、長い期間にわたり、多くの用途で用いられてきた。その期間の大部分を通じて、光学顕微鏡により達成可能な分解能は回折限界により制限されていた。   Microscopes have been used in many applications for a long time to observe organic and non-organic materials. Throughout most of that period, the resolution achievable with an optical microscope was limited by the diffraction limit.

ごく最近になって、回折限界よりも小さい或いははるかに小さい分解能を提供する高分解能の顕微鏡の実現を可能にする技術が開発された。このような技術の例には、対象物の構造化照明を採用する技術、あるいはルミネセンス顕微鏡法が含まれており、これらの技術では、対象物の位置を高精度で特定することができる。非特許文献1は、そのような技術の概要を提示している。さらなる例示として、そのような技術は、特許文献1又は特許文献2にも記載されている。このような技術を用いることで、対象物の位置を、数ナノメートルから数十ナノメートルの範囲の精度で特定することが可能となった。高分解能のルミネセンス顕微鏡を3次元イメージングに用いることを可能にする方法が、"Method and microscope for performing three-dimensional resolution-enhanced microscopy(3次元の向上した分解能の顕微鏡を実現するための方法及び顕微鏡)"と題する特許文献3、"High-resolution microscope and image splitter arrangement(高分解能の顕微鏡及びイメージスプリッタ構成)"と題する特許文献4、及び"High-resolution microscope and method of determining object positions in two or three dimensions(対象物の位置を2次元又は3次元で特定する高分解能顕微鏡及び方法)"と題する特許文献5に記載されており、これらは全て、本出願の譲受人に譲渡されたものである。   More recently, techniques have been developed that enable the realization of high-resolution microscopes that provide resolutions that are smaller or much smaller than the diffraction limit. Examples of such techniques include techniques that employ structured illumination of the object or luminescence microscopy, and these techniques can identify the position of the object with high accuracy. Non-Patent Document 1 presents an overview of such technology. As a further illustration, such a technique is also described in US Pat. By using such a technique, it has become possible to specify the position of the object with an accuracy in the range of several nanometers to several tens of nanometers. A method that makes it possible to use a high-resolution luminescence microscope for three-dimensional imaging is described in "Method and microscope for performing three-dimensional resolution-enhanced microscopy". ) Patent Document 3, entitled “High-resolution microscope and image splitter arrangement”, and Patent Document 4, entitled “High-resolution microscope and method of determining object positions in two or three” Patent Document 5 entitled “Dimensions (High Resolution Microscope and Method for Identifying Object Position in 2D or 3D)”, all of which have been assigned to the assignee of the present application.

回折限界よりもはるかに小さい分解能の達成を可能にする種々の顕微鏡法の特徴は、データ取得及びデータ処理が複雑な場合があるということである。データ取得においては、複数の個々の2次元(2D)フレームが対象物から取得され、これらは処理されて、それらから結果として得られる対象物の画像データが計算されることになる。説明のための例として、対象物の構造化照明を採用している方法では、様々に異なる向きの照明パターンを用いて、それら異なる向きの各々について、1つ又は複数の2Dフレームを取得することができる。これら種々の2次元のフレームに含まれる情報をコンピュータで処理することにより、対象物の画像が生成される。   A feature of various microscopy techniques that allows achieving resolutions much smaller than the diffraction limit is that data acquisition and data processing can be complex. In data acquisition, a plurality of individual two-dimensional (2D) frames are acquired from the object, which are processed to calculate the resulting image data of the object. As an illustrative example, a method employing structured illumination of an object uses one or more 2D frames for each of these different orientations using illumination patterns in different orientations. Can do. By processing information included in these various two-dimensional frames with a computer, an image of the object is generated.

さらに説明のための例として、高分解能ルミネセンス顕微鏡法は、光切り替え可能又は光活性化可能な分子を用いることができる。取得される各フレームについて、検出可能な分子が互いに小さすぎる距離の位置にならないことを保証するため、取得される個々の2Dフレームの1つ1つについて、ほんのわずかな分子のみが検出可能な状態に切り替えられる。フレームを組み合わせて観察対象の実質的に完全な表現とするためには、10,000から20,000フレームというように多くのフレーム数が必要となることがある。   As a further illustrative example, high resolution luminescence microscopy can use photoswitchable or photoactivatable molecules. For each acquired frame, only a small number of molecules are detectable for each individual 2D frame acquired to ensure that the detectable molecules are not too far away from each other. Can be switched to. A large number of frames, such as 10,000 to 20,000 frames, may be required to combine frames into a substantially complete representation of the observation object.

このような高分解能の方法では、生データを計算的に処理することにより結果として得られる画像の分解能をさらに向上させるため、調整可能パラメータの値をユーザ定義という形で設定することを可能にしている場合がある。構造化照明を採用する方法の場合、このような調整可能パラメータの例には、照明パターン(例えば、パターンの周期性)、あるいは、フレームが取得される照明パターンの異なる向きの数が含まれる。ルミネセンス顕微鏡を用いる方法の場合、このような調整可能パラメータの例には、発光事象の位置を特定するためにフレームを計算的に評価するのに用いられるフィットマスク、あるいは、切り替え信号のスペクトル及び強度が含まれる。いくつかの異なる対象物平面でフレームが取得される方法の場合、調整可能パラメータは、それらの対象物平面の例えば顕微鏡の軸方向に沿って測定された位置を含むことができる。調整可能パラメータのさらなる例には、位置空間又はフーリエ空間において画像をフィルタリングするのに用いられるフィルタの特性が含まれる。   Such high resolution methods allow the user to define adjustable parameter values in order to further improve the resolution of the resulting image by computationally processing the raw data. There may be. For methods that employ structured illumination, examples of such adjustable parameters include illumination patterns (eg, pattern periodicity), or the number of different orientations of the illumination pattern from which a frame is acquired. In the case of a method using a luminescence microscope, examples of such tunable parameters include the fit mask used to computationally evaluate the frame to locate the luminescent event, or the spectrum of the switching signal and Strength is included. In the case of a method in which frames are acquired at several different object planes, the adjustable parameters can include the positions of those object planes measured along the axial direction of the microscope, for example. Further examples of adjustable parameters include the characteristics of filters used to filter images in position space or Fourier space.

データ取得及びデータ処理の基礎となるプロシージャの複雑さのため、その根本であるプロシージャにとっての種々の調整可能パラメータの重要性及び影響をユーザが理解することは難しい場合がある。そのような影響を理解することは、特にユーザが実験の実施や生データの処理のために調整可能パラメータの値を設定するそのときに、ユーザとって重要となる。   Due to the complexity of the procedures underlying data acquisition and processing, it can be difficult for the user to understand the importance and impact of the various tunable parameters on the underlying procedure. Understanding such effects is important for the user, especially when the user sets the value of an adjustable parameter for conducting experiments or processing raw data.

結果として得られる画像上で調整可能パラメータの影響を示す方法が、ある程度、ユーザが種々の調整可能パラメータの重要性を理解する助けとなることがある。このようなシミュレーション方法は、先に取得されたデータ又はメモリに格納されている典型的データを用いる場合がある。特許文献6は、そのような方法の例を記載している。種々の調整可能パラメータに現在設定されている値を用いてデータ処理を実行することで、その時点で観察されている構造に適した設定をユーザが特定する助けになることがある。しかしながら、それによって、根本であるプロシージャに関する情報が伝えられることはない。そのような情報は、ユーザが種々の調整可能パラメータの重要性及び影響を理解する上での支援のため、また、新しい対象物についてデータ取得及びデータ処理を実行する際にそのような理解を生かすために、特に有効なものとなる。その上、取得されるデータのデータ処理のシミュレーションを特許文献6に記載の方法を用いて実行する場合、まず最初に生データを取得しなければならない。そのようなシミュレーションの結果は、データ取得を計画する場合に限られた価値しかもたない。特に、ルミネセンス顕微鏡によるデータ取得において不可逆的に分子の光切り替えが実施される場合のように、与えられた試料に対してデータ取得を一度だけ実行することができる場合、ユーザは、データ取得における種々の調整可能パラメータの重要性及び影響についても、より良く理解していることが望ましい。   The way in which the effects of adjustable parameters on the resulting image are shown may help to some extent the user understand the importance of the various adjustable parameters. Such simulation methods may use previously acquired data or typical data stored in memory. Patent Document 6 describes an example of such a method. Performing data processing using the currently set values for the various tunable parameters may help the user identify settings that are appropriate for the structure currently being observed. However, it does not convey information about the underlying procedure. Such information can help users understand the importance and impact of various tunable parameters and use such understanding when performing data acquisition and data processing on new objects. Therefore, it becomes particularly effective. In addition, when a simulation of data processing of acquired data is executed using the method described in Patent Document 6, raw data must first be acquired. The results of such a simulation are of limited value when planning data acquisition. In particular, if data acquisition can be performed only once for a given sample, such as when irreversible molecular light switching is performed in data acquisition with a luminescence microscope, the user can A better understanding of the importance and impact of the various adjustable parameters is also desirable.

欧州特許第1157297号European Patent No. 1157297 独国特許第102006021317号German Patent No. 102006021317 独国特許出願公開第102009043744号German Patent Application Publication No. 102009043744 独国特許出願公開第102009060490号German Patent Application Publication No. 102009060490 独国特許出願公開第102009060793号German Patent Application Publication No. 102009060793 独国特許出願公開第102007046469号German Patent Application Publication No. 102007046469

L.Schermelleh等 "A Guide to super-resolution fluorescence microscopy(超分解能の蛍光顕微鏡のための指針)"J.Cell Biol. 190(2):165(2010)L. Schermelleh et al. "A Guide to super-resolution fluorescence microscopy" J. Cell Biol. 190 (2): 165 (2010)

本発明の目的は、顕微鏡システム、顕微鏡法、及びコンピュータ実行可能命令コードを記憶する記憶媒体を提供することであり、それらは、データ取得及び/又はデータ処理を計画する際にユーザを支援する。特に、本発明は、データ取得及び/又はデータ処理のプロシージャが複雑である場合でも、種々の調整可能パラメータの影響についての情報をユーザに提供するシステム又は方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a microscope system, a microscope method, and a storage medium for storing computer-executable instruction codes, which assist a user in planning data acquisition and / or data processing. In particular, it is an object of the present invention to provide a system or method that provides a user with information about the effects of various adjustable parameters, even when the data acquisition and / or data processing procedures are complex.

本発明により、独立請求項で規定される、顕微鏡システム、顕微鏡法、及びコンピュータ実行可能命令コードを記憶する記憶媒体が提供される。従属請求項は、実施形態を規定する。   According to the present invention there is provided a storage medium storing a microscope system, a microscopy method and computer-executable instruction code as defined in the independent claims. The dependent claims define embodiments.

一態様により、顕微鏡システムが提供される。顕微鏡システムは、データ取得のための顕微鏡と、計算装置とを備えている。顕微鏡は、少なくとも1つの制御可能コンポーネントを有している。計算装置は、データ取得の際の顕微鏡の上記少なくとも1つの制御可能コンポーネントの制御、及び/又は顕微鏡により取得され提供される生データの処理を実行するように構成されている。顕微鏡システムは、データ取得及び/又はデータ処理を実行するため、複数のステップを含むプロシージャを実施するように構成されてよい。顕微鏡及び計算装置は、複数の調整可能パラメータにそれぞれ設定された値に応じて、データ取得及び/又はデータ処理を実行するように構成されている。顕微鏡システムは、光出力装置を備えている。光出力装置は、計算装置に接続されている。計算装置は、調整可能パラメータに応じて、選択的にグラフィック・データを光出力装置に出力するように構成されており、その調整可能パラメータは、ユーザ定義という形で選択される。光出力装置を介して出力されるグラフィック・データは、データ取得及び/又はデータ処理の基礎となるプロシージャの少なくとも1つのステップにおける、上記選択された調整可能パラメータの影響を表している。   According to one aspect, a microscope system is provided. The microscope system includes a microscope for data acquisition and a calculation device. The microscope has at least one controllable component. The computing device is configured to perform control of the at least one controllable component of the microscope during data acquisition and / or processing of raw data acquired and provided by the microscope. The microscope system may be configured to perform a procedure including multiple steps to perform data acquisition and / or data processing. The microscope and the calculation device are configured to execute data acquisition and / or data processing according to values set for the plurality of adjustable parameters, respectively. The microscope system includes a light output device. The light output device is connected to the computing device. The computing device is configured to selectively output graphic data to the light output device in response to the adjustable parameters, the adjustable parameters being selected in a user-defined manner. The graphic data output via the light output device represents the influence of the selected adjustable parameter in at least one step of the procedure underlying data acquisition and / or data processing.

このような顕微鏡システムは、プロシージャの動作について説明する情報を顕微鏡システムのユーザに提供するように構成される。グラフィック・データは、選択された調整可能パラメータに応じて選択的に出力されるため、ユーザは、様々な調整可能パラメータの効果及び影響についての情報を選択的に取り出すことができる。これによって、複数の調整可能パラメータの設定が可能である顕微鏡システムを、ユーザにより制御することが容易となる。   Such a microscope system is configured to provide a user of the microscope system with information describing the operation of the procedure. Since the graphical data is selectively output in response to the selected adjustable parameter, the user can selectively retrieve information about the effects and effects of the various adjustable parameters. This makes it easy for the user to control a microscope system in which a plurality of adjustable parameters can be set.

計算装置は、データ取得において収集される複数のフレームから画像データを計算するように構成されてよい。この場合、グラフィック・データは、少なくとも1つの選択可能な調整可能パラメータについて、光出力装置を介して出力されてよく、このとき出力されるグラフィック・データは、データ処理のために実行されるプロシージャにおける、この調整可能パラメータの影響を表している。これは、ユーザがデータ処理の基礎となるアルゴリズムを理解する上での助けとなる。   The computing device may be configured to calculate image data from a plurality of frames collected in data acquisition. In this case, the graphic data may be output via the light output device for at least one selectable adjustable parameter, the graphic data output at this time being in a procedure executed for data processing. , Representing the effect of this adjustable parameter. This helps the user to understand the underlying algorithms for data processing.

顕微鏡システムは、ユーザが種々の調整可能パラメータの値を設定することを可能にする入力装置を備えてよい。計算装置は、ユーザが入力デバイスを介して新しい値の設定を現在行っている調整可能パラメータのうちの1つについて、グラフィック・データを自動的に出力するように構成されてよい。これにより、ユーザは、関連の値を現在調整している最中である、調整可能パラメータのその1つについての情報を受け取る。   The microscope system may include an input device that allows a user to set the values of various adjustable parameters. The computing device may be configured to automatically output graphic data for one of the adjustable parameters currently being set by the user via the input device. This allows the user to receive information about that one of the tunable parameters that are currently being adjusted for the relevant value.

計算装置は、ユーザ入力に応じてグラフィック・データを調整するように構成されてよい。これにより、ユーザは、対話形式で、選択された調整可能パラメータについての追加情報をユーザ入力に応じて取り出すことができる。   The computing device may be configured to adjust the graphic data in response to user input. This allows the user to retrieve additional information about the selected adjustable parameter in response to user input in an interactive manner.

計算装置は、選択された調整可能パラメータに設定されている値に応じてグラフィック・データを出力するように構成されてよい。選択された調整可能パラメータの設定値がユーザにより調整されると、グラフィック・データは適応的に調整されるものとすることができる。これは、後に顕微鏡システムを作動させてデータ取得又はデータ処理を行うために適切な、選択された調整可能パラメータの値をユーザが特定する際の助けとなる。   The computing device may be configured to output graphic data in response to a value set for the selected adjustable parameter. The graphic data may be adaptively adjusted when the set value of the selected adjustable parameter is adjusted by the user. This assists the user in identifying values for the selected adjustable parameters that are appropriate for later operating the microscope system for data acquisition or data processing.

計算装置は、上記選択された調整可能パラメータとは異なる、さらに別の調整可能パラメータに設定された値に応じて、グラフィック・データを出力するように構成されてよい。これによって、異なる調整可能パラメータ間の相互関係を考慮に入れることができる。説明のための例として、グラフィック・データが、構造化照明パターンを用いてアクセス可能なフーリエ空間を示すものである場合、構造化照明パターンの周期性についての設定値と、照明パターンの異なる向きの数についてのもう1つの設定値と、その両方に応じてグラフィック・データを生成し出力してよい。周期性及び異なる向きの数のうちいずれか一方がユーザによって変更されると、それに応じてグラフィック・データは調整されてよい。   The computing device may be configured to output graphic data in response to a value set in yet another adjustable parameter that is different from the selected adjustable parameter. This allows taking into account the interrelationship between different adjustable parameters. As an illustrative example, if the graphic data represents a Fourier space that is accessible using a structured illumination pattern, the set value for the periodicity of the structured illumination pattern and different orientations of the illumination pattern Graphic data may be generated and output in accordance with another set value for the number and both. If either the periodicity or the number of different orientations is changed by the user, the graphic data may be adjusted accordingly.

計算装置は、データ取得又はデータ処理が実行される前に、選択可能な調整可能パラメータのうちの少なくとも1つについて、グラフィック・データを出力するように構成されてよい。これにより、データ取得又はデータ処理が引き続き行われるのに先立って、ユーザはグラフィック・データを利用することができる。   The computing device may be configured to output graphic data for at least one of the selectable adjustable parameters before data acquisition or data processing is performed. This allows the user to utilize the graphic data prior to subsequent data acquisition or data processing.

グラフィック・データは、様々に異なる種類の情報をユーザに伝えるように生成されてよい。1つの実施方法では、計算装置は、データ取得及び/又はデータ処理の実行において達成可能な速度及び/又は分解能及び/又は感度に対する、選択された調整可能パラメータの影響を表すグラフィック・データを生成するように構成されてよい。そのような情報は、実験を計画する際に利用することができる。代替的あるいは追加的に、グラフィック・データは、データ処理プロシージャについての情報、あるいは、データ取得又はデータ処理のプロシージャのどのステップが、選択された調整可能パラメータによる影響を受けるのかについての情報を含んでいてもよい。グラフィック・データは、データ処理におけるフィルタあるいはフィットマスクの効果を表示するグラフィック情報を含んでいてもよい。グラフィック・データは、構造化照明のための照明パターンの効果を表示する情報を含んでいてもよい。グラフィック・データは、光切り替え可能又は光活性化可能な分子を用いる方法のための光切り替え信号の露光時間又はパワー密度の効果を表示する情報を含んでいてもよい。そのようなプロシージャの様々な例があり、"Photo Activated Localization Microscopy(光活性化ローカライゼーション顕微鏡法)"(PALM)と呼ばれる手法がこれに含まれる。グラフィック・データは、データ取得チャネルの分離についての情報を含んでいてもよい。   Graphic data may be generated to convey various different types of information to the user. In one implementation, the computing device generates graphical data that represents the effect of the selected adjustable parameter on the speed and / or resolution and / or sensitivity achievable in performing data acquisition and / or data processing. It may be constituted as follows. Such information can be used when designing experiments. Alternatively or additionally, the graphic data includes information about the data processing procedure or which step of the data acquisition or data processing procedure is affected by the selected adjustable parameter. May be. The graphic data may include graphic information that displays the effect of a filter or fit mask in the data processing. The graphic data may include information that displays the effect of the illumination pattern for structured illumination. The graphic data may include information indicating the effect of exposure time or power density of the light switch signal for methods using light switchable or photoactivatable molecules. There are various examples of such procedures, including a technique called “Photo Activated Localization Microscopy” (PALM). The graphic data may include information about the separation of the data acquisition channel.

グラフィック・データが生成され出力されているときに、生データの取得が既に行われた場合でも、選択された調整可能パラメータに関連するグラフィック・データに加えて、さらなるグラフィック情報を出力することができる。そのさらなるグラフィック情報は、データ取得において収集された生データに応じて生成されてよい。別の実施方法では、取得された生データをグラフィック・データと組み合わせるか、あるいはグラフィック・データの中に組み込むことができる。   When graphic data is generated and output, additional graphic information can be output in addition to the graphic data associated with the selected adjustable parameter, even if raw data has already been acquired. . The further graphic information may be generated in response to the raw data collected in the data acquisition. In another implementation, the acquired raw data can be combined with the graphic data or incorporated into the graphic data.

顕微鏡システムは、構造化照明を用いてデータを取得するように構成されてよい。顕微鏡システムは、照明パターンを生成するための装置を備えていてもよい。照明パターンを生成するための装置は、照明パターンの向きを変更することができるように構成されてよい。関連付けられたグラフィック・データを出力するために選択することができる調整可能パラメータのうちの少なくとも1つは、照明パターンの周期性、照明パターンの異なる向きの数、及び、取得された生データのフィルタリングに用いられるフィルタ関数、からなるグループに含まれていてもよい。   The microscope system may be configured to acquire data using structured illumination. The microscope system may include an apparatus for generating an illumination pattern. The apparatus for generating the illumination pattern may be configured so that the orientation of the illumination pattern can be changed. At least one of the adjustable parameters that can be selected to output the associated graphic data is the periodicity of the illumination pattern, the number of different orientations of the illumination pattern, and the filtering of the acquired raw data May be included in a group consisting of filter functions used in

顕微鏡システムは、光活性化可能又は光切り替え可能な分子を用いて顕微鏡法を実施するように構成されてよい。説明のための例として、顕微鏡システムは、PALM法を実施するように構成されてよい。顕微鏡システムは、切り替え信号源を備えていてもよい。顕微鏡システムは、光切り替え信号源を備えていてもよい。関連付けられたグラフィック・データを出力するために選択することができる調整可能パラメータのうちの少なくとも1つは、分子の位置を特定するための当てはめにおいて用いられるマスクのサイズ、切り替え信号のスペクトル、及び、切り替え信号の強度、からなるグループに含まれていてもよい。説明のための例として、グラフィック・データは、取得された生データとの関連で、フィットマスクのサイズを表示するものであってもよい。グラフィック・データは、追加的あるいは代替的に、切り替え信号のスペクトル又は強度が、着色料又は色素の異なる状態間の遷移速度に対してどのように影響を与えるのかを表示するものであってもよい。グラフィック・データは、この情報を表示するため、ヤブロンスキー図を含んでいてもよい。   The microscope system may be configured to perform microscopy using photoactivatable or photoswitchable molecules. As an illustrative example, the microscope system may be configured to perform a PALM method. The microscope system may include a switching signal source. The microscope system may include an optical switching signal source. At least one of the adjustable parameters that can be selected to output the associated graphic data is the size of the mask used in the fit to locate the molecule, the spectrum of the switching signal, and The intensity of the switching signal may be included in the group. As an illustrative example, the graphic data may display the size of the fit mask in relation to the acquired raw data. The graphic data may additionally or alternatively display how the spectrum or intensity of the switching signal affects the transition rate between different states of the colorant or pigment. . The graphic data may include a Yabronsky diagram to display this information.

顕微鏡システムは、光活性化可能又は光切り替え可能な分子を用いて顕微鏡法を実施するように構成されてよい。顕微鏡システムは、切り替え信号源を備えていてもよい。顕微鏡システムは、さらに、複数の対象物平面についてデータ取得を実施するように構成されてよく、それらの対象物平面は互いから離隔されている。顕微鏡は、対象物平面の位置を調整するためのコンポーネントを備えることができる。対象物平面の位置を調整するためのコンポーネントは、調整可能なレンズ又は調整可能なマイクロレンズ配列を含んでいてもよい。代替的あるいは追加的に、対象物平面の位置を調整するためのコンポーネントは、イメージスプリッタ装置を含んでいてもよい。イメージスプリッタ装置は、検出された光の様々な成分を、調整可能な光路長をもつ異なる光路に導くことができ、このとき異なる光路が制御されることで、対象物平面の位置が調整される。計算装置は、対象物平面について設定された位置に応じて、グラフィック・データを生成するように構成されてよい。グラフィック・データは、測定領域の大きさ、及び/又は、ビーム経路の軸方向に達成可能な分解能に対して、対象物平面の位置がどのように影響を与えるのかを示すように生成されてよい。   The microscope system may be configured to perform microscopy using photoactivatable or photoswitchable molecules. The microscope system may include a switching signal source. The microscope system may be further configured to perform data acquisition for a plurality of object planes that are spaced apart from each other. The microscope can include components for adjusting the position of the object plane. The component for adjusting the position of the object plane may include an adjustable lens or an adjustable microlens array. Alternatively or additionally, the component for adjusting the position of the object plane may comprise an image splitter device. The image splitter device can guide various components of the detected light to different optical paths with adjustable optical path lengths, where the different optical paths are controlled to adjust the position of the object plane. . The computing device may be configured to generate graphic data according to the position set for the object plane. Graphic data may be generated to show how the position of the object plane affects the size of the measurement area and / or the achievable resolution in the axial direction of the beam path .

別の態様により、顕微鏡法が提供される。この方法では、データ取得が実施されて、これにより、生データが取得される。続いてデータ処理が実行され、これにより、取得された生データが計算的に処理される。データ取得及び/又はデータ処理は、複数の調整可能パラメータに設定された値に応じて実行される。データ取得及びデータ処理は、複数のステップを含むプロシージャに従って実行されるものとすることができる。グラフィック・データが、光出力装置に選択的に出力される。グラフィック・データは、ユーザ定義という形で上記複数の調整可能パラメータから選択された調整可能パラメータに応じて、選択される。グラフィック・データは、選択された調整可能パラメータと関連付けられたものである。グラフィック・データは、データ取得及び/又はデータ処理の基礎となる上記プロシージャの少なくとも1つのステップにおける、選択された調整可能パラメータの影響を表している。   According to another aspect, microscopy is provided. In this method, data acquisition is performed, and thereby raw data is acquired. Subsequently, data processing is performed, whereby the obtained raw data is processed computationally. Data acquisition and / or data processing is performed according to values set in the plurality of adjustable parameters. Data acquisition and data processing may be performed according to a procedure that includes multiple steps. Graphic data is selectively output to the light output device. The graphic data is selected in response to an adjustable parameter selected from the plurality of adjustable parameters in a user-defined manner. The graphic data is associated with the selected adjustable parameter. The graphic data represents the influence of the selected adjustable parameters in at least one step of the above procedure that is the basis for data acquisition and / or data processing.

顕微鏡システムに関連させて説明したように、この顕微鏡法は様々な実現方法を用いてよい。   As described in connection with the microscope system, this microscopy may use a variety of implementations.

この顕微鏡法は、本明細書に記載の態様又は実施形態のいずれか1つによる顕微鏡システムを用いて実施してよい。   This microscopy may be performed using a microscope system according to any one of the aspects or embodiments described herein.

本発明の別の態様により、コンピュータプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体が提供される。コンピュータプログラムは、コンピュータ実行可能命令のシーケンスを含んでいる。これら一連の命令が顕微鏡システムの計算装置により実行されると、これらの命令によって、顕微鏡システムは、本明細書に記載の態様又は実施形態のいずれか1つの方法を実施するように指示される。   According to another aspect of the present invention, a non-transitory storage medium storing a computer program is provided. A computer program includes a sequence of computer-executable instructions. When these series of instructions are executed by the computing device of the microscope system, these instructions direct the microscope system to perform the method of any one of the aspects or embodiments described herein.

実施形態に係るシステム及び方法は、複雑な顕微鏡法のために用いてよい。特に、実施形態に係るシステム及び方法は、複数のフレームがまず取得され、続いてそれらが処理されることで、計算的に画像データが決定される顕微鏡法のために用いてよい。   The systems and methods according to embodiments may be used for complex microscopy. In particular, the systems and methods according to embodiments may be used for microscopy where multiple frames are first acquired and subsequently processed to determine image data computationally.

本発明の実施形態により達成される様々な特徴及び効果について、また、これらの効果が達成される様子について、図面を参照して詳細に説明される典型例としての実施形態を参照して、より詳細に記述する。   The various features and effects achieved by the embodiments of the present invention, and the manner in which these effects are achieved, will be further described with reference to exemplary embodiments described in detail with reference to the drawings. Describe in detail.

図1は、ある実施形態に係る顕微鏡システムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a microscope system according to an embodiment. 図2は、別の実施形態に係る顕微鏡システムの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a microscope system according to another embodiment. 図3は、ある実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 3 schematically illustrates a graphical user interface of a microscope system according to an embodiment. 図4は、図3に示した実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 4 schematically shows a graphical user interface of the microscope system according to the embodiment shown in FIG. 図5は、図3、図4に示した実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 5 schematically shows a graphical user interface of the microscope system according to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4. 図6は、別の実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 6 schematically shows a graphical user interface of a microscope system according to another embodiment. 図7は、別の実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 7 schematically shows a graphical user interface of a microscope system according to another embodiment. 図8は、別の実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 8 schematically shows a graphical user interface of a microscope system according to another embodiment. 図9は、図8に示した実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 9 schematically shows a graphical user interface of the microscope system according to the embodiment shown in FIG. 図10は、3次元発光イメージングのための顕微鏡システムの動作を示している。FIG. 10 shows the operation of the microscope system for three-dimensional emission imaging. 図11は、別の実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 11 schematically shows a graphical user interface of a microscope system according to another embodiment. 図12は、別の実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 12 schematically shows a graphical user interface of a microscope system according to another embodiment. 図13は、図12に示した実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 13 schematically shows a graphical user interface of the microscope system according to the embodiment shown in FIG. 図14は、別の実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 14 schematically shows a graphical user interface of a microscope system according to another embodiment. 図15は、図14に示した実施形態に係る顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 15 schematically shows a graphical user interface of the microscope system according to the embodiment shown in FIG. 図16は、別の実施形態に係るルミネセンス顕微鏡法を実施するための顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 16 schematically shows a graphical user interface of a microscope system for performing luminescence microscopy according to another embodiment. 図17は、図16に示した実施形態に係るルミネセンス顕微鏡法を実施するための顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 17 schematically shows a graphical user interface of the microscope system for performing the luminescence microscopy according to the embodiment shown in FIG. 図18は、別の実施形態に係るルミネセンス顕微鏡法を実施するための顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 18 schematically shows a graphical user interface of a microscope system for performing luminescence microscopy according to another embodiment. 図19は、別の実施形態に係るルミネセンス顕微鏡法を実施するための顕微鏡システムのグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。FIG. 19 schematically illustrates a graphical user interface of a microscope system for performing luminescence microscopy according to another embodiment.

本発明の実施形態についてより詳細に説明する。実施形態の説明は、決して本発明を制限するものではなく、単なる例示と解釈されるべきものである。一部の実施形態については、構造化照明を採用する技術("構造化照明顕微鏡法"、SIM)及び/又はPALM法を背景におくなどして、特定の顕微鏡技術との関連で説明を行うが、実施形態は、これら特定の適用領域に限定されるものではない。種々の実施形態の特徴は、以下の説明において明確に除外されていない限り、相互に組み合わせることができる。   The embodiment of the present invention will be described in more detail. The description of the embodiments should in no way limit the present invention, but should be construed as merely illustrative. Some embodiments are described in the context of specific microscopy techniques, such as in the context of techniques that employ structured illumination ("Structured Illumination Microscopy", SIM) and / or PALM methods. However, the embodiments are not limited to these specific application areas. The features of the various embodiments can be combined with one another unless explicitly excluded from the following description.

図1は、ある実施形態に係る顕微鏡システム1の概略図である。顕微鏡システム1は、計算装置2を有している。計算装置2は、顕微鏡の少なくとも1つの制御可能コンポーネントを制御し、また、顕微鏡により取得したフレームを処理することで、顕微鏡で取得した複数のフレームを計算的に結合して対象物の画像を得る。計算装置2は、光出力装置3に接続されている。光出力装置3は、ディスプレイであってよい。計算装置2は、さらに詳しく説明するように、光出力装置3にグラフィック・データ16を出力するように構成されており、これは、データ取得及び/又はデータ処理の基礎となるプロシージャについての情報をユーザに提供する。   FIG. 1 is a schematic diagram of a microscope system 1 according to an embodiment. The microscope system 1 has a calculation device 2. The computing device 2 controls at least one controllable component of the microscope, and processes the frames acquired by the microscope, thereby computationally combining a plurality of frames acquired by the microscope to obtain an image of the object. . The computing device 2 is connected to the light output device 3. The light output device 3 may be a display. The computing device 2 is configured to output graphic data 16 to the light output device 3, as will be described in more detail, which provides information about the procedures underlying data acquisition and / or data processing. Provide to users.

顕微鏡システム1は、試料の画像を向上した分解能で生成するように構成されている。顕微鏡システム1は、光活性化可能な分子の発光信号を検出することにより、その画像を生成するように構成されてよい。そのようなプロシージャ及び技術の例は、当該分野において、以下の名で知られている:PALM("Photo Activated Localization Microscopy(光活性化ローカライゼーション顕微鏡法)")、FPALM("Fluorescence PhotoActivation Localization Microscopy(蛍光光活性化ローカライゼーション顕微鏡法)")、STORM("Stochastic Optical Reconstruction Microscopy(確率的光学再構成顕微鏡法)")、SPDM("Spectral Precision Distance Measurement(スペクトル精密距離測定法)")、PALMIRA("PALM with Independently Running Acquisition(独立取得型PALM)")、GSDIM("Ground State Depletion and Individual Molecular return(基底状態抑制及び個別分子復帰)")、又はdSTORM("direct STORM(直接STORM)")。これらは、さらなる参照として、非特許文献1において例示されている。   The microscope system 1 is configured to generate an image of a sample with improved resolution. The microscope system 1 may be configured to generate an image of the photoactivatable molecule by detecting the emission signal. Examples of such procedures and techniques are known in the art under the following names: PALM ("Photo Activated Localization Microscopy"), FPAL ("Fluorescence PhotoActivation Localization Microscopy") Photoactivated localization microscopy))), STORM ("Stochastic Optical Reconstruction Microscopy"), SPDM ("Spectral Precision Distance Measurement"), PALMIRA ("PALM with Independently Running Acquisition "), GSDIM (" Ground State Depletion and Individual Molecular return "), or dSTORM (" direct STORM "). These are exemplified in Non-Patent Document 1 as a further reference.

顕微鏡により、試料19の複数のフレームが取得される。試料19は、色素DRONPA(国際公開第2007/009812号を参照)又は色素DENDRA(Gurskaya等, Nature Biotech.Vol.24, pp.461-465, 2006年、を参照)でマークすることができる。色素分子の活性化及びルミネセンス励起のために、顕微鏡は、少なくとも1つのレーザ12、13を含む放射線源5を有している。活性化放射線とルミネセンス活性化の波長が異なっていてもよい例示の実施形態では、放射線源5は、2つのレーザ12、13を備えている。2つのレーザ12、13の出力ビームは、ビーム結合器14で結合してもよい。レーザ12及び13のうちの1つは、405nm波長の放射線(活性化ビーム)を出力してもよい。レーザ12及び13の他方は、488nm波長の放射線(ルミネセンス励起、及び非活性化)を出力してもよい。活性化とルミネセンス励起を同じ波長で行うことができる色素が用いられる場合、放射線源5は、1つのみのレーザを備えてもよい。上記の色素DENDRAは、分子活性化とルミネセンス励起を同じ波長で行うことができる色素の典型例である。   A plurality of frames of the sample 19 are acquired by the microscope. Sample 19 can be marked with the dye DRONPA (see WO 2007/009812) or the dye DENDRA (see Gurskaya et al., Nature Biotech. Vol. 24, pp. 461-465, 2006). For the activation and luminescence excitation of the dye molecules, the microscope has a radiation source 5 comprising at least one laser 12,13. In an exemplary embodiment where the wavelengths of activating radiation and luminescence activation may be different, the radiation source 5 comprises two lasers 12,13. The output beams of the two lasers 12 and 13 may be combined by a beam combiner 14. One of the lasers 12 and 13 may output radiation (activation beam) with a wavelength of 405 nm. The other of the lasers 12 and 13 may output 488 nm wavelength radiation (luminescence excitation and deactivation). If dyes are used that can be activated and luminescent excited at the same wavelength, the radiation source 5 may comprise only one laser. The dye DENDRA is a typical example of a dye that can perform molecular activation and luminescence excitation at the same wavelength.

光学フィルタ15が、ビーム結合器14の下流に設けられている。光学フィルタ15は、音響光学フィルタ15であってよい。光学フィルタ15は、波長選択のために用いられる。光学フィルタ15は、また、放射線源5から出力されるレーザ波長の迅速な切り替えのため、及び/又は放射線源5から出力される複数のレーザ波長の1つを選択的に減衰させるためにも用いられる。レンズ6又はその他の光学部品により、放射線源5から出力されるビームが集束されて、ダイクロイック・ビームスプリッタ7を介して対物レンズ8の瞳に入射する。レンズ6、ダイクロイック・ビームスプリッタ7及び対物レンズ8は、放射線源5により出力される放射ビームを広視野照明として試料19に入射させるように構成されている。   An optical filter 15 is provided downstream of the beam combiner 14. The optical filter 15 may be an acousto-optic filter 15. The optical filter 15 is used for wavelength selection. The optical filter 15 is also used to quickly switch the laser wavelength output from the radiation source 5 and / or to selectively attenuate one of the plurality of laser wavelengths output from the radiation source 5. It is done. The beam output from the radiation source 5 is focused by the lens 6 or other optical components, and enters the pupil of the objective lens 8 via the dichroic beam splitter 7. The lens 6, the dichroic beam splitter 7, and the objective lens 8 are configured to cause the radiation beam output from the radiation source 5 to enter the sample 19 as wide-field illumination.

試料19から出力されるルミネセンス放射は、対物レンズ8上に収集される。ダイクロイック・ビームスプリッタ7は、ルミネセンス放射を通過させるように構成されている。ルミネセンス放射は、フィルタ9及びチューブレンズ10を介して検出器11に衝突する。検出器11は、マトリクス検出器であってよい。検出器11は、CCD検出器であってよい。   The luminescent radiation output from the sample 19 is collected on the objective lens 8. The dichroic beam splitter 7 is configured to pass luminescence radiation. The luminescent radiation impinges on the detector 11 via the filter 9 and the tube lens 10. The detector 11 may be a matrix detector. The detector 11 may be a CCD detector.

計算装置2は、顕微鏡に接続されている。顕微鏡システム1において、計算装置2は、顕微鏡の動作の制御と、顕微鏡により取得した生データの処理の両方を行う。顕微鏡を制御するため、計算装置2を、例えば放射線源5に接続してもよい。計算装置2は、放射線源5によりレンズ6に向けて出力される放射の強度又はスペクトルを制御するように構成されてよい。これにより、色素活性化のために用いられる放射、又はルミネセンス励起のために用いられる放射のうち、1つが選択的に出力されるようにすることができる。顕微鏡は、さらに追加のコンポーネントで、やはり制御可能であるものを含んでいてもよい。説明のための例として、観察深さを調整するための装置を設けてもよい。これにより、PALMによるデータ取得を、対象物の異なる平面について、選択的に実施することができる。1つの実施方法では、観察深さを選択するための装置は、時空間パルス整形を実行するものとすることができる。これにより、深さ分解能は、D.Oron等、"Scanningless depth-resolved microscopy(スキャンレス深さ分解顕微鏡法)"、Optics Express 13, 1468(2005)に記載されているように、多光子励起を用いて達成することができる。顕微鏡の制御可能コンポーネントのその他の構成及び実現を、さらに別の実施形態で用いることができる。   The calculation device 2 is connected to a microscope. In the microscope system 1, the calculation device 2 performs both control of the operation of the microscope and processing of raw data acquired by the microscope. In order to control the microscope, the computing device 2 may be connected to a radiation source 5, for example. The computing device 2 may be configured to control the intensity or spectrum of radiation output by the radiation source 5 towards the lens 6. This allows one of the radiation used for dye activation or the radiation used for luminescence excitation to be selectively output. The microscope may include additional components that are also controllable. As an example for explanation, a device for adjusting the observation depth may be provided. Thereby, data acquisition by PALM can be selectively performed on different planes of the object. In one implementation, the apparatus for selecting the observation depth may perform spatiotemporal pulse shaping. This allows depth resolution to be achieved with multiphoton excitation as described in D. Oron et al., “Scanningless depth-resolved microscopy”, Optics Express 13, 1468 (2005). Can be achieved. Other configurations and implementations of the controllable components of the microscope can be used in yet another embodiment.

計算装置2は、さらに、多数のフレームから対象物19の画像データを計算するように構成されている。説明のための例として、対象物19の画像データを生成するために、10,000より多くのフレームが計算的に処理されてもよい。計算装置2は、取得された発光信号に対して非線形数学的操作を実行してもよい。このために、計算装置2は、取得されたフレームの複数の画素の1つ1つについて、取得された信号の強度の冪関数又は指数関数を計算してもよい。また、代替的あるいは追加的に、計算装置2は、ガウス型フィット関数を、測定された強度分布と照合して、これにより、取得されたフレーム内で分子の位置を特定することができる。顕微鏡がさらに3次元(3D)ルミネセンス顕微鏡法を実施するように構成されている場合、計算装置2は、さらに分子画像を自動的にグループ分けしてもよい。これにより、互いに対応している発光信号が、異なる対象物平面と関連付けられた異なるフレームにおいて同定される。   The calculation device 2 is further configured to calculate image data of the object 19 from a number of frames. As an illustrative example, more than 10,000 frames may be computationally processed to generate image data of the object 19. The computing device 2 may perform a nonlinear mathematical operation on the acquired emission signal. For this purpose, the calculation device 2 may calculate a power function or exponential function of the acquired signal intensity for each of a plurality of pixels of the acquired frame. Alternatively or additionally, the computing device 2 can collate the Gaussian fit function with the measured intensity distribution, thereby identifying the position of the molecule within the acquired frame. If the microscope is further configured to perform three-dimensional (3D) luminescence microscopy, the computing device 2 may further automatically group the molecular images. Thereby, light emission signals corresponding to each other are identified in different frames associated with different object planes.

従って、顕微鏡システム1において結果として得られる対象物19の最終的な画像の生成は、複雑なプロシージャで行われており、その根本であるデータ処理の詳細については、ユーザには分かっていない場合がある。そのプロシージャは、複数の調整可能パラメータに依存しており、ユーザはそれらに種々の値を設定することができる。これらの調整可能パラメータは、試料の中の色素分子に対する切り替え信号の強度及びスペクトル、使用されるフィットマスクの大きさ、あるいは、画像ノイズ又はそれに類するものを抑制するためにフレームをフィルタリングするフィルタ関数を含んでもよい。ユーザは、入力装置4で、これら種々の調整可能パラメータの値を設定してもよい。以下でより詳細に説明するように、計算装置2は、データ取得及び/又はデータ処理の基礎となるプロシージャにおける調整可能パラメータの影響を表示するため、光出力装置3に情報を出力する。データは、自動的に出力されるか、あるいは、専用のユーザ操作に応えて出力されてもよい。   Therefore, the final image of the object 19 obtained as a result in the microscope system 1 is generated by a complicated procedure, and the details of the data processing that is the basis thereof may not be known to the user. is there. The procedure relies on a number of adjustable parameters, and the user can set various values for them. These tunable parameters are filter signal strengths and spectra for dye molecules in the sample, the size of the fit mask used, or a filter function that filters the frame to suppress image noise or the like. May be included. The user may set the values of these various adjustable parameters with the input device 4. As will be described in more detail below, the computing device 2 outputs information to the light output device 3 in order to display the effects of adjustable parameters in the procedure underlying data acquisition and / or data processing. The data may be output automatically or in response to a dedicated user operation.

図2は、別の実施形態に係る顕微鏡システム21の概略図である。この顕微鏡システム21の構成要素のうち、それらの構成又は動作に関して、顕微鏡システム1の構成要素に対応しているものは、図1と同じ参照番号を付して示している。顕微鏡システム21は、構造化照明を用いて、向上した分解能で試料を画像化するように構成されている。   FIG. 2 is a schematic diagram of a microscope system 21 according to another embodiment. Among the constituent elements of the microscope system 21, those corresponding to the constituent elements of the microscope system 1 are shown with the same reference numerals as those in FIG. The microscope system 21 is configured to image the sample with improved resolution using structured illumination.

顕微鏡システム21は、照明装置22、少なくとも1つのパターン・ジェネレータ23、照明レンズ24又はその他の光学部品、試料ホルダ25、結像光学系26、及び検出器11を備えている。構成要素22、24〜26及び11は、光顕微鏡及び光学的測定・分析技術で知られているような構成を有するものとすることができる。説明のための例として、構成要素22、24〜26及び11は、光学分光計で用いられるような構成のものであってよい。   The microscope system 21 includes an illumination device 22, at least one pattern generator 23, an illumination lens 24 or other optical components, a sample holder 25, an imaging optical system 26, and a detector 11. The components 22, 24-26 and 11 may have a configuration as known from light microscopy and optical measurement and analysis techniques. As an illustrative example, components 22, 24-26 and 11 may be configured as used in an optical spectrometer.

パターン・ジェネレータ23は、一般に、対象物19に衝突する際に所定の空間的パターンをもつ照明条件を生成するように構成されている。パターン・ジェネレータ23は、所定の1次元又は2次元の透過特性を有するマスクとするか、あるいはそれを含むものであってよい。マスクは、回折格子あるいは位相格子によって形成することができる。マスクは、マトリクス配列の複数の反射画素又は透過画素を含んでもよい。パターン・ジェネレータは、"デジタルミラーデバイス"(DMD)又は液晶マトリクス構成を含んでもよい。また、代替的あるいは追加的に、パターン・ジェネレータ23は、干渉パターンを生成するためのミラー構成を含むことができる。パターン・ジェネレータ23は、図2では照明光源22とレンズ24との間に配置されるように示されているが、レンズ24と対象物19との間にパターン・ジェネレータを配置してもよい。パターン・ジェネレータ23を、対象物19に直接設けてもよい。   The pattern generator 23 is generally configured to generate an illumination condition having a predetermined spatial pattern when colliding with the object 19. The pattern generator 23 may be or include a mask having predetermined one-dimensional or two-dimensional transmission characteristics. The mask can be formed by a diffraction grating or a phase grating. The mask may include a plurality of reflective or transmissive pixels in a matrix array. The pattern generator may include a “digital mirror device” (DMD) or liquid crystal matrix configuration. Alternatively or additionally, the pattern generator 23 may include a mirror configuration for generating an interference pattern. Although the pattern generator 23 is shown as being disposed between the illumination light source 22 and the lens 24 in FIG. 2, a pattern generator may be disposed between the lens 24 and the object 19. The pattern generator 23 may be provided directly on the object 19.

様々に異なるパターンの生成を制御するため、パターン・ジェネレータ23には、計算装置2が接続されている。計算装置2は、さらに、照明パターンの異なる位置及び異なる向きについて検出器11により取得される複数のフレームから、対象物19の画像を再構築するように構成されている。計算装置2は、対象物の画像を再構築するために特許文献1に記載されている方法を実施してもよい。計算装置2は、照明パターンの異なる位置又は向きについて取得された複数のフレームを計算的に結合して、対象物の1つの結果画像を得るために、その他の適切な方法を実施してもよい。   In order to control generation of various different patterns, the calculation device 2 is connected to the pattern generator 23. The calculation device 2 is further configured to reconstruct an image of the object 19 from a plurality of frames acquired by the detector 11 for different positions and different orientations of the illumination pattern. The calculation apparatus 2 may implement the method described in Patent Document 1 in order to reconstruct an image of the object. The computing device 2 may implement other suitable methods to computationally combine multiple frames acquired for different positions or orientations of the illumination pattern to obtain one result image of the object. .

顕微鏡システム21では、複雑なプロシージャを用いて、結果として得られる対象物19の最終的な画像が生成される。そのプロシージャは、種々の調整可能パラメータに依存しており、それらの値はユーザ定義という形で設定してもよい。調整可能パラメータは、照明パターンの周期性、照明パターンの異なる向きの数、あるいは、取得されたフレームをフィルタリングするフィルタ関数を含んでもよい。ユーザは、入力装置4で、これらの調整可能パラメータの値を設定してもよい。以下でより詳細に説明するように、計算装置2は、光出力装置3にグラフィック情報を出力するように構成されている。出力されるグラフィック・データは、データ取得及び/又はデータ処理の基礎となるプロシージャにおける調整可能パラメータの影響を表示している。計算装置2は、グラフィック・データを自動的に出力するか、あるいは、専用のユーザ操作に応えて出力するように構成されてよい。   In the microscope system 21, a final image of the resulting object 19 is generated using a complex procedure. The procedure relies on various adjustable parameters, and their values may be set in a user-defined manner. The adjustable parameters may include the periodicity of the illumination pattern, the number of different orientations of the illumination pattern, or a filter function that filters the acquired frames. The user may set the values of these adjustable parameters with the input device 4. As will be described in more detail below, the computing device 2 is configured to output graphic information to the light output device 3. The output graphical data displays the effect of adjustable parameters on the procedure underlying data acquisition and / or data processing. The computing device 2 may be configured to automatically output graphic data or to output in response to a dedicated user operation.

様々な実施形態に従って、顕微鏡システムの計算装置2はユーザに情報を出力する。この情報は、特にグラフィック・データであってよい。グラフィック・データは、複数の調整可能パラメータの様々なユーザ設定のうちのいずれか1つが、データ取得及び/又はデータ処理のプロシージャにどのように影響するのかを示してよい。これは、ユーザが、顕微鏡システムの動作を直感的に理解する際の助けとなる。ユーザは、データ取得又は取得された生データのデータ処理を実行するために種々の調整可能パラメータの値をユーザが設定している過程にあるそのときに、プロシージャについての情報の提供を受けることができる。取得された生データの処理は、コンピュータを用いた複数のフレームの処理を含んでよく、これにより、対象物の画像データが生成される。このような処理は、構造化照明を用いる顕微鏡法において、あるいはPALM法及びその変形手法において、採用される。   According to various embodiments, the computing device 2 of the microscope system outputs information to the user. This information may in particular be graphic data. The graphical data may indicate how any one of various user settings of the plurality of adjustable parameters affects the data acquisition and / or data processing procedures. This helps the user to intuitively understand the operation of the microscope system. The user may be provided with information about the procedure when the user is in the process of setting various adjustable parameter values to perform data acquisition or data processing of the acquired raw data. it can. The processing of the acquired raw data may include processing of a plurality of frames using a computer, thereby generating image data of the object. Such processing is employed in microscopy using structured illumination, or in the PALM method and variations thereof.

調整可能パラメータの影響を表示するために顕微鏡システムによりユーザに出力される情報は、特に、グラフィック・データを含むものとすることができる。そのグラフィック・データは、アニメーション・データであってもよい。グラフィック・データは、ビデオ・シーケンスに含まれてもよく、あるいは、ビデオ・シーケンスと関連付けられてもよい。グラフィック・データは、複数の調整可能パラメータのどの1つが、その調整可能パラメータに割り当てられる値を設定するためにユーザにより選択されたのかによって、選択的に出力されるものとすることができる。また、グラフィック・データは、調整可能パラメータの特定の1つについての情報を求める専用のユーザ要求に応えて、その調整可能パラメータに割り当てられる値をユーザが調整する必要がなくても、選択的に出力されてもよい。グラフィック・データは、対話形式で出力されてもよく、この場合、グラフィック・データはユーザ入力に応じて調整される。グラフィック・データは、ユーザが調整可能パラメータの値を調整する際に、その選択された調整可能パラメータの影響を表示するように、生成されてもよい。グラフィック・データに加えて、出力情報は音声データも含んでもよい。   The information output to the user by the microscope system to display the effect of the adjustable parameters can in particular include graphic data. The graphic data may be animation data. The graphic data may be included in the video sequence or may be associated with the video sequence. The graphic data may be selectively output depending on which one of the plurality of adjustable parameters has been selected by the user to set a value assigned to the adjustable parameter. Also, the graphical data can be selectively transmitted in response to a dedicated user request for information about a particular one of the tunable parameters without requiring the user to adjust the value assigned to that tunable parameter. It may be output. Graphic data may be output interactively, in which case the graphic data is adjusted in response to user input. Graphic data may be generated to display the effect of the selected adjustable parameter as the user adjusts the value of the adjustable parameter. In addition to the graphic data, the output information may also include audio data.

一部の実施方法では、データ取得及び/又はデータ処理について説明するために用いられる、少なくとも1つの調整可能パラメータのためのグラフィック・データは、取得された生データとは独立のものである。これによって、何らかの生データが取得されるよりも前に、情報の提供が行われることが可能である。   In some implementations, the graphic data for the at least one adjustable parameter used to describe data acquisition and / or data processing is independent of the acquired raw data. This allows information to be provided before any raw data is acquired.

一部の実施方法では、プレビュー画像が生データから計算的に決定されて、グラフィック・データに追加して出力されるようにすることができる。プレビュー画像は、種々の調整可能パラメータの現在の設定値が、データ処理により結果として得られる画像データにどのように影響するのかを示すものとすることができる。   In some implementations, the preview image can be calculated computationally from the raw data and output in addition to the graphic data. The preview image may indicate how the current set values of the various adjustable parameters affect the image data resulting from the data processing.

このようなグラフィック・データを出力することにより、データ取得及び/又はデータ処理を計画している過程のユーザを支援するための情報が、ユーザに対して提供される。説明のための例として、データ取得を計画している過程のユーザを支援するために出力されるグラフィック・データは、データ取得プロシージャの速度、感度、及び分解能に対する調整可能パラメータの影響を示すグラフィック・データとすることができる。また、代替的あるいは追加的に、データ処理プロシージャを説明するグラフィック・データが提供されてもよい。これは、ユーザが、露光時間、レーザパワー、構造化照明(即ち、SIM法)を用いる画像取得のパラメータ、PALM法のパラメータなど、各種パラメータの値を選択する際の助けとなる。データ処理を計画しているユーザを支援するために、SIM又はPALM法のデータ処理に用いられるフィルタの動作を表示するグラフィック・データを出力してもよい。また、代替的あるいは追加的に、PALM法で分子の位置を特定するのに用いられるフィットマスクの動作及び効果を表示するグラフィック・データを出力してもよい。   By outputting such graphic data, information is provided to the user to assist the user in the process of planning data acquisition and / or data processing. As an illustrative example, the graphic data output to assist the user in the process of planning data acquisition is a graphic that shows the effect of adjustable parameters on the speed, sensitivity, and resolution of the data acquisition procedure. It can be data. Alternatively or additionally, graphic data describing the data processing procedure may be provided. This helps the user to select values for various parameters such as exposure time, laser power, parameters for image acquisition using structured illumination (ie, SIM method), PALM method parameters, and the like. In order to assist a user planning data processing, graphic data may be output that displays the operation of a filter used for SIM or PALM data processing. Alternatively or additionally, graphic data may be output that displays the operation and effect of the fit mask used to identify the position of the molecule by the PALM method.

以下、図3〜9及び11〜19を参照しながら、グラフィカル・ユーザインタフェースの実現方法について説明する。このようなユーザインタフェースは、図1の顕微鏡システム1又は図2の顕微鏡システム21において用いることができる。複数の調整可能パラメータのどの1つをユーザが選択して、それについての情報を要求しているのかによって、複数のグラフィック表現のうちの1つを選択的に、根本にある技術の説明のために出力することができる。顕微鏡システムは、ユーザが異なる調整可能パラメータを次々と選択して、それらについての情報を要求した場合に、異なるグラフィック・データを順次出力するように構成されてよい。いずれのグラフィック・データの場合でも、その出力は、以下、図3〜9及び図11〜19を参照して説明するようにして、実現することができる。   Hereinafter, a method for realizing a graphical user interface will be described with reference to FIGS. 3 to 9 and 11 to 19. Such a user interface can be used in the microscope system 1 of FIG. 1 or the microscope system 21 of FIG. Depending on which one of the plurality of adjustable parameters the user has selected and requested information about, selectively select one of the plurality of graphic representations to explain the underlying technology Can be output. The microscope system may be configured to sequentially output different graphic data when the user selects different adjustable parameters one after another and requests information about them. The output of any graphic data can be realized as described below with reference to FIGS. 3 to 9 and FIGS.

図3〜5は、グラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、顕微鏡システムの光出力装置3に出力されるものであってよい。顕微鏡システムは、SIM法によりデータ取得を行うように構成されてよい。図3〜5は、k空間の体積を表すグラフィック・データの出力を示している。表示されるk空間の体積は、それぞれ、構造化照明を用いてサンプリングすることができる逆(即ち、k)空間の体積とすることができる。   3-5 schematically show a graphical user interface. The graphical user interface may be output to the light output device 3 of the microscope system. The microscope system may be configured to acquire data by the SIM method. 3-5 show the output of graphic data representing the volume of k-space. Each displayed volume of k-space can be a volume of inverse (ie, k) space that can be sampled using structured illumination.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、第1の調整可能パラメータに現在設定されている値を表示するための表示領域31を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザが第1の調整可能パラメータの値を調整することを可能にする調整エレメント32を表示する。グラフィカル・ユーザインタフェースは、第2の調整可能パラメータの設定値を表示するための表示領域33と、この第2の調整可能パラメータの設定値をユーザが調整することを可能にする調整エレメント34とを有している。説明のための例として、第1の調整可能パラメータは、照明パターンの周期性であってよい。第1の調整可能パラメータは、照明パターンのライン間隔とすることができる。第2の調節可能パラメータは、生データの取得が行われる、照明パターンの異なる向きの数であってよい。   The graphical user interface has a display area 31 for displaying the value currently set for the first adjustable parameter. The graphical user interface displays an adjustment element 32 that allows the user to adjust the value of the first adjustable parameter. The graphical user interface includes a display area 33 for displaying the setting value of the second adjustable parameter, and an adjustment element 34 that allows the user to adjust the setting value of the second adjustable parameter. Have. As an illustrative example, the first adjustable parameter may be the periodicity of the illumination pattern. The first adjustable parameter can be the line spacing of the illumination pattern. The second adjustable parameter may be the number of different orientations of the illumination pattern from which raw data is acquired.

グラフィカル・ユーザインタフェースには、グラフィック・データ35が出力される。出力されるグラフィック・データ35は、第1の調整可能パラメータ及び第2の調整可能パラメータが、SIMによるデータ取得及びデータ処理のプロシージャにどのように影響するのかを示す。図に3〜5に示すように、グラフィック・データ35は、ユーザによる設定に従った照明パターンの周期性及び異なる向きの数でSIMプロシージャが実施される場合にサンプリングが行われるk空間の体積を表している。顕微鏡システムの計算装置は、ユーザにより設定された照明パターンの周期性及び向きの数の値に応じて、k空間体積の境界を計算してもよい。計算装置は、計算された境界に応じて、光出力装置3を制御することができる。計算装置は、さらに追加情報が出力されるように光出力装置3を制御してもよい。図3〜5に示すように、等方性分解能に相当するグラフィック表示37を出力することができる。これは、結果として得られる分解能がほぼ等方性分解能であるように、第1の調整可能パラメータ及び第2の調整可能パラメータの値をユーザが決定する際の助けとなる。また、代替的あるいは追加的に、所望の目標分解能を表すグラフィック表示37が生成されてもよい。この場合のグラフィック表示37は、目標分解能での構造の分解を可能とするために、少なくともサンプリングが行われなければならないk空間の体積を示す。   Graphic data 35 is output to the graphical user interface. The output graphic data 35 shows how the first tunable parameter and the second tunable parameter affect the data acquisition and data processing procedure by the SIM. As shown in FIGS. 3-5, the graphic data 35 represents the volume of k-space that is sampled when the SIM procedure is performed with the periodicity of the illumination pattern and the number of different orientations according to the settings by the user. Represents. The calculation device of the microscope system may calculate the boundary of the k-space volume according to the periodicity and the number of orientations of the illumination pattern set by the user. The calculation device can control the light output device 3 according to the calculated boundary. The calculation device may further control the light output device 3 so that additional information is output. As shown in FIGS. 3 to 5, a graphic display 37 corresponding to the isotropic resolution can be output. This assists the user in determining the values of the first tunable parameter and the second tunable parameter so that the resulting resolution is approximately isotropic. Alternatively or additionally, a graphical display 37 representing the desired target resolution may be generated. The graphic representation 37 in this case shows at least the volume of k-space that must be sampled in order to be able to decompose the structure at the target resolution.

グラフィック・データ35は、第1の調整可能パラメータ及び第2の調整可能パラメータにそれぞれ設定されている値に応じて生成されてもよい。これらの値のうちの1つが調整されると、それに応じてグラフィック・データ35が調整されてよい。   The graphic data 35 may be generated according to values set for the first adjustable parameter and the second adjustable parameter, respectively. As one of these values is adjusted, the graphic data 35 may be adjusted accordingly.

図4は、照明パターンの空間周期性の設定値がユーザにより変更された場合に、グラフィック・データがどのように変更されるのかを典型例で示している。ユーザに対して出力される、SIMプロシージャでカバーされるk空間体積の境界は、図3におけるライン36から図4におけるライン38にシフトする。図5は、照明パターンの異なる向きの数の値をユーザが調整した場合に、グラフィック・データがどのように変更されるのかを典型例で示している。ユーザに対して出力されるk空間体積の境界は、ライン40にシフトする。   FIG. 4 shows a typical example of how the graphic data is changed when the setting value of the spatial periodicity of the illumination pattern is changed by the user. The boundary of the k-space volume covered by the SIM procedure that is output to the user shifts from line 36 in FIG. 3 to line 38 in FIG. FIG. 5 shows a typical example of how the graphic data is changed when the user adjusts the value of the number of different orientations of the illumination pattern. The boundary of the k-space volume output to the user shifts to line 40.

グラフィック・データ35は、ユーザが調整エレメント32、34のうちの1つをアクティブにしたときに、自動的に出力されてよい。別の表現をすると、ユーザが第1の調整可能パラメータ(例えば、周期性)又は第2の調整可能パラメータ(例えば、照明パターンの異なる向きの数)のうちの1つを調整すると、グラフィック・データ35が自動的に出力されるようにしてもよい。また、代替的あるいは追加的に、データ取得又はデータ処理の実施のためのプロシージャについての情報をユーザが要求していることを示すユーザ操作に応えて、グラフィック・データ35が選択的に出力されるようにしてもよい。   Graphic data 35 may be automatically output when the user activates one of the adjustment elements 32, 34. In other words, when the user adjusts one of the first adjustable parameter (eg, periodicity) or the second adjustable parameter (eg, the number of different orientations of the illumination pattern), the graphic data 35 may be automatically output. Alternatively or additionally, graphical data 35 is selectively output in response to a user operation indicating that the user is requesting information about a procedure for performing data acquisition or data processing. You may do it.

図6は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力されるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。このグラフィカル・ユーザインタフェースは、データ処理におけるフィルタの効果を表示するグラフィック・データを含んでいる。顕微鏡システムは、取得された生データのフィルタリングがその中で行われる、SIMプロシージャ、PALMプロシージャ、あるいはその他のプロシージャに従って顕微鏡法を実施するように構成されてよい。   FIG. 6 schematically shows a graphical user interface output to the light output device 3 of the microscope system. The graphical user interface includes graphic data that displays the effect of the filter in data processing. The microscope system may be configured to perform microscopy according to a SIM procedure, PALM procedure, or other procedure in which the acquired raw data is filtered.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、調整可能パラメータの値を表示するための表示領域41と、この調整可能パラメータの設定値を変更するための調整エレメント42とを有している。説明のための例として、調整可能パラメータは、生データのフィルタリングに用いられるフィルタのカットオフ周波数又はライン幅であってよい。様々な顕微鏡法により、ノイズ抑制のために生データのフィルタリングが用いられている。生データは、SIMプロシージャ又はPALMのプロシージャにおいて取得されたフレームとすることができる。フィルタ又はフィルタ特性についての情報を提供することで、調整可能パラメータの適切な設定を見つける際にユーザを支援することができる。これによって、ユーザが情報損失につながるような調整可能パラメータの値を選択するリスクを軽減することができる。   The graphical user interface has a display area 41 for displaying the value of the adjustable parameter and an adjustment element 42 for changing the set value of the adjustable parameter. As an illustrative example, the tunable parameter may be a cutoff frequency or line width of a filter used for raw data filtering. Various microscopic methods use raw data filtering to suppress noise. The raw data may be frames acquired in a SIM procedure or PALM procedure. Providing information about the filter or filter characteristics can assist the user in finding an appropriate setting for the tunable parameter. This can reduce the risk of the user selecting an adjustable parameter value that leads to information loss.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、データ処理プロシージャのフィルタリング・ステップにおける調整可能パラメータの影響を表示するグラフィック・データ43を含んでいる。一部の実施方法では、フィルタ特性又はフィルタの伝達関数が、空間周波数の関数として表示されるようにしてもよい。調整可能パラメータの値がユーザ入力に応じて変更されると、この新しい設定値に適応させて、グラフィック・データ43が調整されるようにしてもよい。   The graphical user interface includes graphical data 43 that displays the effect of adjustable parameters in the filtering step of the data processing procedure. In some implementations, the filter characteristics or the transfer function of the filter may be displayed as a function of spatial frequency. When the value of the adjustable parameter is changed according to the user input, the graphic data 43 may be adjusted to adapt to the new set value.

フィルタ特性は、生データの取得が既に実施された後に、ユーザにより設定されてもよい。この場合、先に取得された生データを用いて、プレビュー画像44が生成されるようにしてもよい。プレビュー画像44は、フィルタ特性に設定された値を用いて生成されてもよい。プレビュー画像44は、グラフィック・データ43と組み合わせて、グラフィカル・ユーザインタフェースに出力してもよい。   The filter characteristics may be set by the user after raw data has already been acquired. In this case, the preview image 44 may be generated using the raw data acquired previously. The preview image 44 may be generated using a value set in the filter characteristic. The preview image 44 may be output to a graphical user interface in combination with the graphic data 43.

図7は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力することができるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。このグラフィカル・ユーザインタフェースにより出力されるグラフィック・データは、データ処理プロシージャがどのように実行されるのかを示し、説明する。このグラフィカル・ユーザインタフェースの出力が行われる顕微鏡システムは、複数の異なる処理ステップを含むデータ処理プロシージャにより複雑なデータ処理が実行される、SIMプロシージャ、PALMプロシージャ、あるいはその他のプロシージャに従って顕微鏡法を実施するように構成されてよい。グラフィカル・ユーザインタフェースは、調整可能パラメータの値を出力するための表示領域41と、ユーザが調整可能パラメータの設定値を調整することを可能にする調整エレメント42とを有している。   FIG. 7 schematically shows a graphical user interface that can be output to the light output device 3 of the microscope system. The graphical data output by this graphical user interface shows and explains how the data processing procedure is executed. The microscope system where the output of this graphical user interface takes place performs microscopy according to a SIM procedure, a PALM procedure, or other procedure where complex data processing is performed by a data processing procedure that includes a plurality of different processing steps. It may be constituted as follows. The graphical user interface has a display area 41 for outputting the value of the adjustable parameter and an adjustment element 42 that allows the user to adjust the set value of the adjustable parameter.

グラフィカル・ユーザインタフェースには、グラフィック・データ45が出力される。グラフィック・データ45は、データ処理のプロシージャを図式的に示している。データ処理のワークフローの様々に異なる表現方法のうち任意の1つを用いることができる。説明のための例として、図7に示すようにフローチャート表現を用いてもよい。また、代替的あるいは追加的に、フーリエ空間又は画像空間における、ワークフローのいろいろなステップの効果を表示する図式表現を用いることができる。   Graphic data 45 is output to the graphical user interface. Graphic data 45 schematically illustrates a data processing procedure. Any one of a variety of different representations of the data processing workflow can be used. As an example for explanation, a flowchart expression as shown in FIG. 7 may be used. Alternatively or additionally, a graphical representation can be used that displays the effects of the various steps of the workflow in Fourier space or image space.

グラフィック・データ45は、ユーザにより選択された調整可能パラメータに応じて、生成され出力されてよい。説明のための例として、グラフィック・データ45は、複数のステップ46〜56を含むプロシージャについて生成及び出力され、選択された調整可能パラメータにより直接影響されるステップ49、51、53が強調表示されるようにしてもよい。グラフィック・データ45を理解する助けとなるように、グラフィック・データ45の中にテキスト情報を組み込んでもよい。説明のための例として、ブロック46は、テキスト情報"SIMデータ処理"を含んでいてもよい。ブロック47〜51はそれぞれの処理テップが、前処理(ブロック47)のステップであって、バックグラウンド信号の除去(ブロック48)、スケーリングの実行(ブロック49)、SIMイメージングの異なるイメージング・オーダーの分離(ブロック50)、及び、中間結果の記憶(ブロック51)のステップであることを説明するテキスト情報をそれぞれ含むことができる。ブロック52〜56は、それぞれのブロックがメイン処理(ブロック52)に対応していることを説明するテキスト情報を含んでいてもよく、その処理では、k空間画像の異なるオーダーがシフトされ(ブロック53)、信号対ノイズ比に応じて混合情報が決定され(ブロック54)、フィルタリング(ブロック55)及び逆変換(ブロック56)が実行される。グラフィック・データ45は、後処理についての追加ブロックを含んでいてもよい。後処理は、クリッピング、等方性分解、及びカラーチャネルのアラインメントのステップを含んでいてもよい。   The graphic data 45 may be generated and output according to adjustable parameters selected by the user. As an illustrative example, graphic data 45 is generated and output for a procedure that includes a plurality of steps 46-56, highlighting steps 49, 51, 53 that are directly influenced by the selected adjustable parameters. You may do it. Text information may be incorporated into the graphic data 45 to help understand the graphic data 45. As an illustrative example, block 46 may include text information “SIM data processing”. Blocks 47 to 51 are steps in which each processing step is a pre-processing (block 47), which is to remove background signals (block 48), perform scaling (block 49), and separate different imaging orders for SIM imaging. (Block 50) and text information explaining the step of storing the intermediate result (Block 51) can be included. Blocks 52-56 may include text information explaining that each block corresponds to a main process (block 52), in which different orders of k-space images are shifted (block 53). ), Mixing information is determined according to the signal-to-noise ratio (block 54), and filtering (block 55) and inverse transformation (block 56) are performed. Graphic data 45 may include additional blocks for post processing. Post-processing may include clipping, isotropic decomposition, and color channel alignment steps.

図8及び9は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力されるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。表示されるグラフィック・データは、分子の位置を特定する際のフィットマスクの影響について説明するために、生成され出力される。このグラフィカル・ユーザインタフェースを用いる顕微鏡システムは、フィットマスクと取得した生データとの照合がその中で行われる、PALMプロシージャ又はその他のプロシージャに従って顕微鏡法を実施するように構成されてよい。このようなプロシージャの例には、分子の位置を特定するため、フィットマスクが生データに重畳されるルミネセンス顕微鏡法のプロシージャが含まれる。   8 and 9 schematically show a graphical user interface output to the light output device 3 of the microscope system. The displayed graphic data is generated and output to explain the effect of the fit mask in determining the position of the molecule. A microscope system using this graphical user interface may be configured to perform microscopy according to a PALM procedure or other procedure in which a fit mask and acquired raw data are matched. Examples of such procedures include luminescence microscopy procedures where a fit mask is superimposed on the raw data to locate the molecules.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、調整可能パラメータの値を表示するための表示領域61を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザが調整可能パラメータの設定値を調整することを可能にする調整エレメント62を有している。調整可能パラメータは、ガウス型フィットマスクのサイズとすることができる。そのようなフィットマスクは、PALMプロシージャのデータ処理において、あるいは関連の顕微鏡法プロシージャにおいて用いることができる。グラフィカル・ユーザインタフェースを介してフィットマスクについての情報を出力することで、適切なフィットマスクを選択する際のユーザを支援することができる。   The graphical user interface has a display area 61 for displaying the value of the adjustable parameter. The graphical user interface has an adjustment element 62 that allows the user to adjust the settings of the adjustable parameters. The adjustable parameter can be the size of a Gaussian fit mask. Such a fit mask can be used in the data processing of the PALM procedure or in an associated microscopy procedure. By outputting information about the fit mask via the graphical user interface, it is possible to assist the user in selecting an appropriate fit mask.

グラフィカル・ユーザインタフェースを介して出力されるグラフィック・データ63は、分子の位置を特定するのに用いられるフィットマスクのサイズの影響を図式的に示している。調整可能パラメータの値が変更されると、グラフィック・データ63は、ユーザにより設定されたフィットマスク・サイズの新しい値に対応するように適応的に変更されるものとすることができる。グラフィック・データ63において、フィットマスクは、カメラ信号又はカメラ信号の一部分に重畳されるものとすることができ、これによって、フィットマスクの適切なサイズを選択する際のユーザを支援する。   Graphic data 63 output via the graphical user interface schematically illustrates the effect of the size of the fit mask used to locate the molecule. When the value of the adjustable parameter is changed, the graphic data 63 may be adaptively changed to correspond to the new value of the fit mask size set by the user. In the graphic data 63, the fit mask can be superimposed on the camera signal or a portion of the camera signal, thereby assisting the user in selecting an appropriate size of the fit mask.

グラフィック・データ63は、一つの分子のカメラ信号64又は66を含む。生データの取得が行われた後にグラフィック・データ63が出力された場合は、カメラ信号64又は66は、その生データ取得において収集されたデータであってよい。あるいは、計算装置は、グラフィック・データ63に組み込まれる典型的データのライブラリを備えていてもよい。典型的データは、データ取得に影響を与える様々な調整パラメータに設定された値に応じた、分子の特徴的画像を表してもよい。また、計算装置は、シミュレーションプロセスを用いて典型的データ64又は66を生成するように構成されていてもよい。図8及び9においては、濃度の異なるハッチング線を用いて、輝度レベルの違いを示している。   The graphic data 63 includes a camera signal 64 or 66 of one molecule. When the graphic data 63 is output after the raw data is acquired, the camera signal 64 or 66 may be data collected in the raw data acquisition. Alternatively, the computing device may comprise a library of typical data that is incorporated into the graphic data 63. Typical data may represent a characteristic image of the molecule depending on the values set for various adjustment parameters that affect data acquisition. The computing device may also be configured to generate typical data 64 or 66 using a simulation process. In FIGS. 8 and 9, the difference in luminance level is shown using hatching lines having different densities.

グラフィック・データ63は、さらに、フィットマスクの表示65を含んでいる。このフィットマスク表示65は、カメラ信号に重畳されて示される。ユーザが調整エレメント62を用いて調整可能パラメータの値を調整すると、それに応じてフィットマスク表示65は変更される。   The graphic data 63 further includes a fit mask display 65. This fit mask display 65 is shown superimposed on the camera signal. When the user adjusts the value of the adjustable parameter using the adjustment element 62, the fit mask display 65 is changed accordingly.

図10及び11を参照して、3次元画像の生成を可能にするルミネセンス顕微鏡の方法及びシステムと関連させて、グラフィック・データの出力について説明する。3次元のPALMプロシージャは、そのような方法及び対応する顕微鏡システムの典型例である。顕微鏡システムは、そのような3次元画像の生成を可能とするため、観察深さを選択するための装置を含んでいてもよい。   With reference to FIGS. 10 and 11, the output of graphic data will be described in the context of a luminescence microscope method and system that enables the generation of three-dimensional images. The three-dimensional PALM procedure is a typical example of such a method and a corresponding microscope system. The microscope system may include a device for selecting the observation depth in order to enable generation of such a three-dimensional image.

図10は、3次元ルミネセンス顕微鏡法の実施を可能にする方法及び顕微鏡を示している。色素分子の多光子励起を実施するため、顕微鏡の対物レンズ71を介して試料に光を照射してもよい。時空間パルス整形のための装置を、観察深さを調整するために設けてもよい。これによって、複数の対象物平面72、73の1つ1つについて、1つ又は複数の2次元画像を取得することが可能である。図10の差し込み図74では、3つの蛍光分子がある場合を模式的に示している。対象物平面72について取得された2次元画像75は、その3つの分子がそれぞれに異なる大きさ及び強度を有する画像を示している。この大きさ及び強度の違いは、顕微鏡の軸方向に沿って分子の位置が異なることによって生じる。対象物平面73について取得された2次元画像76も、やはり異なる大きさ及び強度を有する分子の画像を示している。この大きさ及び強度の違いも、同様に、顕微鏡の軸方向に沿って分子の位置が異なることにより生じる。この情報は、分子の横方向の位置を特定するために用いてもよいだけでなく、ビームの軸方向に沿って分子の位置を特定することも可能にしている。達成可能な軸方向の分解能と、測定を行うことができる軸方向の長さとの間には、相関関係がある。   FIG. 10 shows a method and microscope that allow the implementation of three-dimensional luminescence microscopy. In order to perform multiphoton excitation of the dye molecule, the sample may be irradiated with light through the objective lens 71 of the microscope. A device for spatiotemporal pulse shaping may be provided to adjust the observation depth. Thereby, it is possible to acquire one or a plurality of two-dimensional images for each of the plurality of object planes 72 and 73. Inset 74 of FIG. 10 schematically shows a case where there are three fluorescent molecules. The two-dimensional image 75 acquired for the object plane 72 shows an image in which the three molecules have different sizes and intensities. This difference in size and intensity is caused by the different positions of the molecules along the axial direction of the microscope. The two-dimensional image 76 acquired for the object plane 73 also shows images of molecules having different sizes and intensities. This difference in size and intensity is also caused by the difference in molecular position along the axial direction of the microscope. This information may not only be used to identify the lateral position of the molecule, but also allows the position of the molecule to be identified along the axial direction of the beam. There is a correlation between the achievable axial resolution and the axial length that can be measured.

図11は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力することができるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。このグラフィカル・ユーザインタフェースは、軸方向の分解能と軸方向の測定領域の長さに対する、対象物平面の位置の影響を示すグラフィック・データを含んでいる。顕微鏡システムは、3次元イメージングのためのPALMプロシージャに従って顕微鏡法を実施するように構成されてよい。   FIG. 11 schematically shows a graphical user interface that can be output to the light output device 3 of the microscope system. The graphical user interface includes graphical data that shows the effect of the position of the object plane on the axial resolution and the length of the axial measurement area. The microscope system may be configured to perform microscopy according to the PALM procedure for 3D imaging.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、第1の調整可能パラメータの値を表示するための表示領域81を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、さらに、ユーザが第1の調整可能パラメータの値を調整することを可能にする調整エレメント82を表示している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、第2の調整可能パラメータ値を表示するための表示領域83を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザが第2の調整可能パラメータの設定値を調整することを可能にする調整エレメント84を有している。説明のための例として、第1の調整可能パラメータは、3次元顕微鏡法における第1の対象物平面の、顕微鏡の軸方向に沿った位置を表してもよい。第2の調節可能パラメータは、3次元顕微鏡法における第2の対象物平面の、顕微鏡の軸方向に沿った位置を表してもよい。   The graphical user interface has a display area 81 for displaying the value of the first adjustable parameter. The graphical user interface further displays an adjustment element 82 that allows the user to adjust the value of the first adjustable parameter. The graphical user interface has a display area 83 for displaying the second adjustable parameter value. The graphical user interface has an adjustment element 84 that allows the user to adjust the setting of the second adjustable parameter. As an illustrative example, the first adjustable parameter may represent the position of the first object plane in 3D microscopy along the axial direction of the microscope. The second adjustable parameter may represent the position of the second object plane in the three-dimensional microscopy along the axial direction of the microscope.

このグラフィカル・ユーザインタフェースには、グラフィック・データ80が出力される。グラフィック・データ80は、データ取得及びデータ処理の基礎となるPALMプロシージャにおける、第1の調整可能パラメータと第2の調整可能パラメータの影響を表示している。このグラフィック・データ80は、対象物平面の位置86及び87を表示しており、さらに、3次元測定を実施することが可能な測定領域88と、達成可能な軸方向の分解能89を表示している。これらの情報は、対象物の概観画像85に重畳されてもよい。顕微鏡システムの計算装置は、第1及び第2の対象物平面の位置としてそれぞれ設定されている値に応じて、測定領域88及び達成可能な分解能89を計算することができる。加えて、計算装置は、例えば試料における蛍光分子の密度など、ユーザによって入力されてもよい追加情報に応じて、測定領域88及び分解能89を計算してもよい。   Graphic data 80 is output to the graphical user interface. Graphic data 80 displays the effects of the first and second adjustable parameters in the PALM procedure that is the basis for data acquisition and data processing. This graphic data 80 displays object plane positions 86 and 87, and further displays a measurement area 88 in which a three-dimensional measurement can be performed and an achievable axial resolution 89. Yes. Such information may be superimposed on the overview image 85 of the object. The calculation device of the microscope system can calculate the measurement region 88 and the achievable resolution 89 according to the values set as the positions of the first and second object planes, respectively. In addition, the computing device may calculate the measurement region 88 and resolution 89 in response to additional information that may be input by the user, such as the density of fluorescent molecules in the sample.

グラフィック・データ80は、第1の調整可能パラメータ及び第2の調整可能パラメータにそれぞれ設定されている値に応じて、生成されてもよい。これら値の1つが変更されると、即ち、対象物平面のうちの1つの位置が変更されると、これに対応してグラフィック・データ80が適応させられてもよい。   The graphic data 80 may be generated according to values respectively set for the first adjustable parameter and the second adjustable parameter. If one of these values is changed, i.e. the position of one of the object planes is changed, the graphic data 80 may be adapted accordingly.

PALMプロシージャのデータ取得又はデータ処理について説明するために生成され出力されるグラフィック・データについて、いくつかの例と関連させて、図8〜11を参照して説明したが、さらに追加の調整可能パラメータについて、グラフィック・データを選択的に出力することができる。そのような調整可能パラメータのさらに別の例は、異なる対象物平面で取得された分子画像が、個々の分子の位置特定の前あるいは後にグループ分けされるかどうかを指定する設定である。この2つの異なる場合について、データ処理における違いを示すグラフィック・データが、生成及び出力されてもよい。さらに、2つの異なる場合のそれぞれについて、それらの各設定で結果として得られるデータのプレビューも生成及び出力されるものとしてもよい。   The graphic data generated and output to describe the data acquisition or data processing of the PALM procedure has been described with reference to FIGS. 8-11 in connection with some examples, but additional adjustable parameters. Graphic data can be selectively output. Yet another example of such an adjustable parameter is a setting that specifies whether molecular images acquired at different object planes are grouped before or after locating individual molecules. For these two different cases, graphic data indicating the difference in data processing may be generated and output. Further, for each of the two different cases, a preview of the resulting data for each of those settings may also be generated and output.

図12及び13は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力することができるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。このグラフィカル・ユーザインタフェースは、データ・フィルタリングの効果を表示するグラフィック・データを含んでいる。顕微鏡システムは、生データのフィルタリングがその中で行われる、SIMプロシージャ、PALMプロシージャ、あるいはその他のプロシージャに従った顕微鏡法に合わせて構成されてよい。データ・フィルタリングについての情報、及び、データ処理が実行されるプロシージャにおけるデータ・フィルタリングの効果についての情報がユーザにより要求されると直ぐに、図12及び13に模式的に示すようなグラフィック・データが出力されてよい。   12 and 13 schematically show a graphical user interface that can be output to the light output device 3 of the microscope system. The graphical user interface includes graphic data that displays the effects of data filtering. The microscope system may be configured for microscopy according to SIM procedures, PALM procedures, or other procedures in which raw data filtering is performed. As soon as the user requests information about data filtering and information about the effects of data filtering in the procedure in which the data processing is performed, graphical data as schematically shown in FIGS. 12 and 13 is output. May be.

グラフィカル・ユーザインタフェースには、データ配列91が表示される。この配列の画素値は、異なる輝度レベル及び/又は異なる数値により表示され、それらはデータ配列91の異なるフィールドに示されてよい。グラフィカル・ユーザインタフェースには、典型例のフィルタ係数を有するフィルタカーネル92も表示される。このフィルタ係数は、データの処理のために現在設定されているフィルタの値に応じて決定されてよい。   A data array 91 is displayed on the graphical user interface. The pixel values in this array are displayed with different brightness levels and / or different values, which may be shown in different fields of the data array 91. Also displayed in the graphical user interface is a filter kernel 92 having typical filter coefficients. This filter coefficient may be determined according to the value of the filter currently set for data processing.

図13に模式的に示すように、ユーザは、フィルタカーネル92をデータ配列91の様々な位置に移してもよい。これに応じて、データ配列の様々な位置でのフィルタカーネルの効果が計算されて、グラフィカル・ユーザインタフェースに出力される。図13に模式的に示すように、フィルタカーネル92が配置された位置に応じて、データ配列91をフィルタカーネル92によりフィルタリングした結果得られる数値が決定されて、出力されてもよい。フィルタカーネル92を用いたフィルタリングの結果は、様々な代替的又は追加的方式でコード化してもよい。説明のための例として、データ配列91においてフィルタの効果を表示するために、異なるグレースケール・レベル、異なる色、又はそれに類するものを用いてフィルタリングの結果を出力してもよい。   As schematically illustrated in FIG. 13, the user may move the filter kernel 92 to various positions in the data array 91. In response, the effect of the filter kernel at various positions in the data array is calculated and output to the graphical user interface. As schematically shown in FIG. 13, numerical values obtained as a result of filtering the data array 91 by the filter kernel 92 may be determined and output according to the position where the filter kernel 92 is arranged. The results of filtering using the filter kernel 92 may be encoded in various alternative or additional ways. As an illustrative example, filtering results may be output using different grayscale levels, different colors, or the like to display the effect of the filter in the data array 91.

データ配列91は、典型的データの配列であってもよい。生データが既に取得されている場合は、データ配列91は、取得された生データの一部分であってもよい。そして、ユーザは、その生データのユーザが関心のある部分に、フィルタカーネルを選択的に位置付けてもよい。これに応じて、ユーザは、生データのその特定の部分でのフィルタリングの効果を直接理解することになる。このようにして、様々なフィルタ特性をテストしてよい。その後、ユーザ定義の形で設定されたフィルタカーネルを用いて、データ処理を実行してよい。   The data array 91 may be a typical data array. If the raw data has already been acquired, the data array 91 may be a part of the acquired raw data. The user may then selectively position the filter kernel in the portion of the raw data that is of interest to the user. In response, the user will directly understand the effect of filtering on that particular portion of the raw data. In this way, various filter characteristics may be tested. Thereafter, data processing may be performed using a filter kernel set in a user-defined manner.

図14及び15は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力されるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。このグラフィカル・ユーザインタフェースは、マルチチャネル画像の分離を表示するグラフィック・データを含んでいる。顕微鏡システムは、そのデータ処理段階においてマルチチャネル画像の分離が行われるような方法を実施するように構成されてよい。ユーザによりチャネルの分離についての情報が要求されると、図14及び15に模式的に示すようなグラフィック・データが出力されてよい。これは、チャネル数を変更すること、あるいはデータの不確実性に応じてデータの重み付けオプションを選択することが、どのようにデータ処理に影響するのかを、ユーザが理解するときの助けとなる。   14 and 15 schematically show a graphical user interface output to the light output device 3 of the microscope system. The graphical user interface includes graphic data that displays the separation of multi-channel images. The microscope system may be configured to implement such a method that multi-channel image separation is performed in its data processing stage. When the user requests information about channel separation, graphic data as schematically shown in FIGS. 14 and 15 may be output. This helps the user to understand how changing the number of channels or selecting a data weighting option in response to data uncertainty affects data processing.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、調整可能パラメータの値を表示するための表示領域93を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザが調整可能パラメータの設定値を調整することを可能にする調整エレメント94を有している。説明のための例として、調整可能パラメータはチャネル数であってよく、即ち、異なるチャネルの総数を表すものであってよい。グラフィカル・ユーザインタフェースは、さらに、重み付けオプションを選択するための調整エレメント95を有している。   The graphical user interface has a display area 93 for displaying the value of the adjustable parameter. The graphical user interface has an adjustment element 94 that allows the user to adjust the settings of the adjustable parameters. As an illustrative example, the tunable parameter may be the number of channels, i.e. it may represent the total number of different channels. The graphical user interface further includes an adjustment element 95 for selecting a weighting option.

グラフィカル・ユーザインタフェースには、グラフィック・データ96が出力される。グラフィック・データ96は、チャネル数と重み付けオプションがどのようにデータ処理に影響するのかを表示している。グラフィック・データ96は、チャネル数又は重み付けオプションの選択を変更するユーザ入力に応じて、適応させられてもよい。説明のための例として、ユーザが重み付けオプションを選択すると、それに応じてグラフィック・データ96は、このユーザによる選択を反映するように適応させられてもよい。   Graphic data 96 is output to the graphical user interface. Graphic data 96 displays how the number of channels and weighting options affect data processing. Graphic data 96 may be adapted in response to user input that changes the selection of channel number or weighting options. As an illustrative example, when the user selects a weighting option, the graphic data 96 may be adapted accordingly to reflect the user's selection.

技術的観点からは、マルチチャネル画像の分離は、過剰決定方程式系を解くことに例えることができる。その解は、例えば最小二乗法を用いて得てもよい。チャネルの分離を視覚化するために、方程式系の解を、複数の測定値点を通る平均直線を特定することに類比させるグラフィック・データを生成して出力してもよい。平均直線の交点は、方程式系の解に相当する。図14は、複数の測定データ97及び関連付けられた平均直線を含むグラフィック・データ96を模式的に示している。解の不確かさは、平均直線の交点の周りの円98として図示することができる。ここでは、過剰決定方程式系の解としてのマルチチャネル画像のチャネル分離は、2次元で交差する直線として表現されている。これは、チャネル分離が実際に行われるn次元データ空間における、基礎となるアルゴリズムの動作原理を視覚化している。   From a technical point of view, the separation of multi-channel images can be compared to solving an overdetermined equation system. The solution may be obtained, for example, using the least square method. In order to visualize the separation of the channels, graphical data may be generated and output that compares the solution of the system of equations to identifying an average line through multiple measurement points. The intersection of the average straight lines corresponds to the solution of the equation system. FIG. 14 schematically illustrates graphical data 96 including a plurality of measurement data 97 and an associated average line. The uncertainty of the solution can be illustrated as a circle 98 around the mean line intersection. Here, the channel separation of the multi-channel image as a solution of the overdetermined equation system is expressed as a straight line that intersects in two dimensions. This visualizes the operating principle of the underlying algorithm in an n-dimensional data space where channel separation is actually performed.

図15は、重み付けオプションが選択されたときに、どのようにグラフィック・データ96が適応させられるのかを示している。重み付けオプションの効果を視覚化するために、さらにエラーバー99を追加して表示してもよい。さらに、重み付け関数によって、解のシフトが生じる場合及び/又は表示された解の不確かさが変化する場合がある。これも、グラフィック・データ96に反映することができる。   FIG. 15 shows how the graphic data 96 is adapted when the weighting option is selected. In order to visualize the effect of the weighting option, an error bar 99 may be additionally displayed. Furthermore, the weighting function may cause a shift of the solution and / or change the uncertainty of the displayed solution. This can also be reflected in the graphic data 96.

様々な実施形態により、分子の光学遷移を表示するため、顕微鏡システムの光出力装置にグラフィック・データを出力することができる。表示される光学遷移は、データ取得において励起される光学遷移であってよい。このようなグラフィック・データが有益となることがある例には、例えばPALMプロシージャに従って顕微鏡法を実施するように構成されている顕微鏡システムのような、ルミネセンス顕微鏡法のための顕微鏡システムが含まれる。顕微鏡システムの計算装置は、ユーザにより設定された調整可能パラメータの値に応じて、それぞれ、光活性化可能又は光切り替え可能な分子の分子状態の占有確率及び/又は分子状態間の遷移速度を計算することができる。説明のための例として、占有確率及び/又は分子状態間の遷移速度は、色素分子について計算されるものとすることができる。占有確率及び/又は遷移速度は、グラフィック・データとして光出力装置に出力することができる。出力されるグラフィック・データは、ヤブロンスキー図又はマルコフ図の表示を含んでもよい。このような図を含むグラフィック・データは、色素分子の切り替えに用いられる切り替え信号のパワー密度又は波長の値が調整された場合に、調整されてもよい。また、このような図を含むグラフィック・データは、色素分子のルミネセンス励起に用いられる励起信号のパワー密度又は波長が調整された場合にも、やはり適応させられるものとすることができる。図16〜19を参照しながら、そのような実現方法について、より詳細に説明する。   According to various embodiments, graphic data can be output to a light output device of a microscope system to display optical transitions of molecules. The displayed optical transition may be an optical transition that is excited in data acquisition. Examples where such graphical data may be useful include a microscope system for luminescence microscopy, such as a microscope system configured to perform microscopy according to the PALM procedure, for example. . The calculation device of the microscope system calculates the occupancy probability and / or transition speed between molecular states of the photoactivatable or photoswitchable molecule according to the value of the adjustable parameter set by the user, respectively. can do. As an illustrative example, occupancy probabilities and / or transition rates between molecular states may be calculated for dye molecules. The occupation probability and / or the transition speed can be output as graphic data to the light output device. The output graphic data may include a display of a Yabronsky diagram or a Markov diagram. The graphic data including such a figure may be adjusted when the power density or wavelength value of the switching signal used for switching the dye molecules is adjusted. Also, the graphic data including such a figure can also be adapted when the power density or wavelength of the excitation signal used for luminescence excitation of the dye molecules is adjusted. Such an implementation method will be described in more detail with reference to FIGS.

図16及び17は、グラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。このグラフィカル・ユーザインタフェースは、顕微鏡システムの光出力装置3に出力することができる。このグラフィカル・ユーザインタフェースは、分子状態の占有確率及び/又は分子状態間の遷移速度に対する、調整可能パラメータの影響を視覚化するグラフィック・データを含むものとすることができる。顕微鏡システムは、生データ取得のために分子の光切り替え又は光活性化が行われるルミネセンス顕微鏡法を実施するように構成されてよい。例えば、レーザのパワー密度の変化やレーザのスペクトルの変化がどのように検出可能な発光信号に影響するのかについての情報をユーザにより要求されたときに、図16及び17に示すような図を含むグラフィック・データが出力されてもよい。   16 and 17 schematically illustrate a graphical user interface. This graphical user interface can be output to the light output device 3 of the microscope system. This graphical user interface may include graphical data that visualizes the effect of tunable parameters on the occupancy probability of a molecular state and / or the transition rate between molecular states. The microscope system may be configured to perform luminescence microscopy in which molecular photoswitching or photoactivation is performed for raw data acquisition. For example, when the user requests information about how a change in laser power density or a change in laser spectrum affects a detectable emission signal, the figures include those shown in FIGS. Graphic data may be output.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、第1の調整可能パラメータの値を表示するための表示領域の101を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザが第1の調整可能パラメータの値を調整することを可能にする調整エレメント102を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、第2の調整可能パラメータの設定値を表示するための表示領域103を有している。グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザが第2の調整可能パラメータの設定値を調整することを可能にする調整エレメント104を有している。説明のための例として、第1の調整可能パラメータは、レーザのパワー密度に相当してもよい。第2の調整可能パラメータは、レーザのスペクトル、又はレーザスペクトルが最大となる波長に相当してもよく、この場合のレーザは、分子の切り替え及び/又は活性化のために用いられる。   The graphical user interface has a display area 101 for displaying the value of the first adjustable parameter. The graphical user interface has an adjustment element 102 that allows the user to adjust the value of the first adjustable parameter. The graphical user interface has a display area 103 for displaying the setting value of the second adjustable parameter. The graphical user interface has an adjustment element 104 that allows the user to adjust the setting of the second adjustable parameter. As an illustrative example, the first adjustable parameter may correspond to the power density of the laser. The second tunable parameter may correspond to the spectrum of the laser, or the wavelength at which the laser spectrum is maximized, where the laser is used for molecular switching and / or activation.

グラフィカル・ユーザインタフェースには、グラフィック・データ105が出力される。グラフィック・データ105は、データ取得の際にトリガされる分子プロセスにおける、レーザパワー及び/又はレーザスペクトルの影響を表示している。グラフィック・データ105は、異なる分子状態を図式的に表示してもよい。説明のための例として、図16及び17に示すように、2つの一重項状態と2つの三重項状態を表示してもよい。さらに、分子状態間の遷移を表す矢印が表示される。   Graphic data 105 is output to the graphical user interface. Graphic data 105 displays the effect of laser power and / or laser spectrum on the molecular process triggered during data acquisition. Graphic data 105 may graphically display different molecular states. As an illustrative example, two singlet states and two triplet states may be displayed as shown in FIGS. Furthermore, an arrow representing a transition between molecular states is displayed.

顕微鏡システムの計算装置は、第1及び第2の調整可能パラメータの設定値に応じて、異なる分子状態の占有確率を計算するように構成されている。また、代替的あるいは追加的に、計算装置は、第1及び第2の調整可能パラメータにそれぞれ設定された値に応じて、それらの分子状態間の遷移速度を計算するように構成されてよい。計算装置は、試料に用いられている光活性分子に応じて、占有確率及び/又は遷移速度を決定してもよい。分子は、特定の色素の分子であってもよい。一部の実施方法では、ユーザが、ユーザインタフェースを介して、光活性分子又は色素についての情報を入力できるようにしてもよい。他の実施方法では、計算装置は、最初のデータ取得で粗いスペクトル分解能でスペクトルスキャンが達成されるように、顕微鏡システムを制御するよう構成してもよい。そして、計算装置は、取得されたスペクトルをデータベースに格納されているデータと比較することによって、使用されている色素を自動的に決定してもよい。   The calculation device of the microscope system is configured to calculate the occupation probability of different molecular states according to the set values of the first and second adjustable parameters. Alternatively or additionally, the computing device may be configured to calculate transition rates between these molecular states in response to values set for the first and second adjustable parameters, respectively. The calculation device may determine the occupation probability and / or the transition speed according to the photoactive molecule used in the sample. The molecule may be a specific dye molecule. Some implementations may allow the user to enter information about the photoactive molecule or dye via the user interface. In other implementations, the computing device may be configured to control the microscope system such that a spectral scan is achieved with coarse spectral resolution at the initial data acquisition. The computing device may then automatically determine the dye being used by comparing the acquired spectrum with data stored in a database.

遷移速度を決定するために、計算装置は、データベースへの問合せを行ってもよい。データベースは、第1及び第2の調整可能パラメータの複数の離散値の関数として、遷移速度の値を含んでもよい。説明のため例として、それらの遷移速度は、データベースに、複数のレーザパワーと複数のレーザスペクトルについて格納されていてもよい。計算装置は、切り替え信号又は励起信号についてユーザにより設定されたパワー及び波長の設定値に応じて、データベースに記憶されている遷移速度を内挿又は外挿するように構成されてよい。そして、その遷移速度に基づいて、計算装置により占有確率を計算することができる。マルコフ過程で知られる数学的方法を用いて、遷移速度に応じて、占有確率を決定することができる。   To determine the transition rate, the computing device may query the database. The database may include transition rate values as a function of a plurality of discrete values of the first and second adjustable parameters. As an example for purposes of illustration, these transition rates may be stored in a database for multiple laser powers and multiple laser spectra. The computing device may be configured to interpolate or extrapolate the transition speed stored in the database, depending on the power and wavelength settings set by the user for the switching signal or excitation signal. Based on the transition speed, the occupation probability can be calculated by the calculation device. The occupancy probability can be determined according to the transition speed using a mathematical method known in the Markov process.

あるいは、モデルを用いて、占有確率及び/又は遷移速度を計算してもよい。占有確率及び/又は遷移速度を決定するために、計算装置は、データベースから関連する分子パラメータを取り出してもよい。関連する分子パラメータの例には、光学遷移の遷移行列要素、自然緩和の緩和率、及びその他の遷移確率が含まれる。そして、遷移速度は、ユーザにより設定された調整可能パラメータの値に応じて計算される。遷移速度の計算に用いられるモデルは、温度など、さらに追加のパラメータに依存してもよい。計算装置は、温度の現在値、試料のpH値、あるいはその他の環境パラメータについての情報を自動的に取得するため、顕微鏡のセンサに接続されていてもよい。計算装置は、占有確率及び/又は遷移速度を決定する際に、これらのセンサの出力を用いてもよい。また、代替的あるいは追加的に、計算装置は、ユーザによる温度値又はpH値の入力を可能にして、これにより、光学過程における温度又はpH値の影響を表示する情報を、ユーザに提供することもできる。占有確率は、例えばマルコフ過程のために開発された手法に基づいて、遷移速度を用いて計算してもよい。   Alternatively, the occupation probability and / or transition speed may be calculated using a model. To determine the occupancy probability and / or transition rate, the computing device may retrieve the relevant molecular parameters from the database. Examples of relevant molecular parameters include transition matrix elements for optical transitions, relaxation rates for natural relaxation, and other transition probabilities. The transition speed is calculated according to the value of the adjustable parameter set by the user. The model used to calculate the transition rate may depend on additional parameters such as temperature. The computing device may be connected to a sensor of the microscope to automatically obtain information about the current temperature value, the pH value of the sample, or other environmental parameters. The computing device may use the outputs of these sensors in determining the occupation probability and / or transition rate. Alternatively or additionally, the computing device may allow the user to enter a temperature value or pH value, thereby providing the user with information indicating the effect of the temperature or pH value in the optical process. You can also. The occupancy probability may be calculated using the transition rate, for example based on a technique developed for Markov processes.

図16及び17に示す実施方法では、計算装置は、光出力装置を制御することで、計算装置により計算された占有確率が光出力装置3上で視覚化されるようにする。計算装置は、バー・シンボル106〜109の大きさ又は色分けが占有確率に比例するように、グラフィック・データ105を生成してもよい。バー・シンボル106〜109は、光活性化又は光切り替えが可能な分子の、関連する分子状態に割り当てられている。また、追加的あるいは代替的に、遷移速度に関する情報が出力されてもよい。計算装置は、遷移矢印110、111の太さが遷移速度に比例するようにグラフィック・データ105を生成してもよい。また、代替的あるいは追加的に、グラフィック・データ105において、占有確率及び/又は遷移速度を英数字記号を用いて表示してもよい。   In the implementation method shown in FIGS. 16 and 17, the calculation device controls the light output device so that the occupation probability calculated by the calculation device is visualized on the light output device 3. The computing device may generate the graphic data 105 such that the size or color coding of the bar symbols 106-109 is proportional to the occupation probability. Bar symbols 106-109 are assigned to relevant molecular states of molecules that can be photoactivated or switched. In addition or alternatively, information on the transition speed may be output. The computing device may generate the graphic data 105 so that the thickness of the transition arrows 110 and 111 is proportional to the transition speed. Alternatively or additionally, the occupation probability and / or the transition speed may be displayed in the graphic data 105 using alphanumeric symbols.

図17に示すように、計算装置は、ユーザにより調整可能パラメータにそれぞれ設定される値に応じて、グラフィック・データ105を適応させてもよい。ユーザがレーザパワーの設定を増加させた場合、グラフィック・データ105は、新しい占有確率及び/又は遷移速度を表すように調整されてもよい。   As shown in FIG. 17, the computing device may adapt the graphic data 105 according to the values respectively set for the adjustable parameters by the user. If the user increases the laser power setting, the graphic data 105 may be adjusted to represent a new occupancy probability and / or transition rate.

占有確率を表すグラフィック・データは、個々の分子状態のポピュレーションが増加又は減少する動的過程を視覚化するように、時間的に変化する調整が行われてもよい。このようなダイナミクスは、切り替え信号又は活性化信号が光活性分子に照射された後に、その結果として得られる。これによって、ユーザは、データ取得及びデータ処理の基礎となるプロセスを直感的に理解する。   The graphical data representing the probability of occupancy may be adjusted over time to visualize dynamic processes in which the population of individual molecular states increases or decreases. Such dynamics are obtained as a result after the switching signal or activation signal is applied to the photoactive molecule. This allows the user to intuitively understand the processes that are the basis for data acquisition and data processing.

占有確率及び/又は遷移速度についての情報は、ヤブロンスキー図の形式で出力するだけではなく、マルコフ図の形式で出力してもよい。これについて、図18及び19を参照してより詳細に説明する。   The information about the occupation probability and / or the transition speed may be output not only in the form of a Yabronsky diagram but also in the form of a Markov diagram. This will be described in more detail with reference to FIGS.

図18は、顕微鏡システムの光出力装置に出力されるグラフィック・データ115を示している。このグラフィック・データ115は、顕微鏡システムの計算装置により生成される。グラフィック・データ115はマルコフ図を含んでおり、その中では、色素分子の様々な関連する状態が英数字符号116〜118で表示されている。色素分子の関連する状態は、図16及び17を参照して説明したように、計算装置により自動的に決定されてもよい。関連する分子の状態は、やはり、分子の励起又は切り替えに用いられる信号のパワー密度あるいはスペクトルが変化することで、変化してよい。計算装置により決定された遷移速度は、数値として出力されるものとすることができる。それらの数値は、ボックス119、120により表示されるもので、これらはマルコフ図に組み込まれてもよい。遷移速度は、図16及び17を参照して説明したようにして決定してもよい。   FIG. 18 shows graphic data 115 output to the light output device of the microscope system. The graphic data 115 is generated by a calculation device of the microscope system. Graphic data 115 includes a Markov diagram in which the various associated states of the dye molecule are represented by alphanumeric symbols 116-118. The relevant state of the dye molecule may be automatically determined by the computing device as described with reference to FIGS. The state of the associated molecule may still change as the power density or spectrum of the signal used to excite or switch the molecule changes. The transition speed determined by the computing device can be output as a numerical value. These numbers are displayed by boxes 119, 120, which may be incorporated into the Markov diagram. The transition speed may be determined as described with reference to FIGS.

データ取得の基礎となるプロシージャについてのユーザの理解をさらに助けるため、さらに追加情報を出力してもよい。説明のための例として、計算装置は、色素分子の蛍光状態が継続する平均期間を計算するように構成されてよい。この期間は、励起信号のパワー密度に依存する。実施方法について、図19を参照してより詳細に説明する。   Additional information may be output to further assist the user in understanding the procedure underlying the data acquisition. As an illustrative example, the computing device may be configured to calculate an average period for which the fluorescent state of the dye molecule continues. This period depends on the power density of the excitation signal. The implementation method will be described in more detail with reference to FIG.

図19は、顕微鏡システムの光出力装置3に出力されるグラフィカル・ユーザインタフェースを模式的に示している。顕微鏡システムは、生データの取得のために分子の光切り替え又は光活性化が行われるプロシージャに従って、ルミネセンス顕微鏡法を実施するように構成されてよい。   FIG. 19 schematically shows a graphical user interface output to the light output device 3 of the microscope system. The microscope system may be configured to perform luminescence microscopy according to a procedure in which photoswitching or photoactivation of molecules is performed for raw data acquisition.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、グラフィック・データ125を含んでいる。グラフィック・データ125は、図16〜18を参照して説明したように、ヤブロンスキー図又はマルコフ図を含んでいる。加えて、グラフィック・データは、色素分子の蛍光状態が継続する平均期間を表示するデータ124を含んでいる。計算装置は、色素分子の蛍光状態が継続する平均期間を自動的に計算する。計算装置は、この期間を、先に計算された分子の遷移速度に応じて、決定してよい。分子の蛍光状態が継続する期間は、円124又はバーの大きさあるいは明度というように、出力シンボルの大きさ又は明度により視覚化してよい。分子の蛍光状態が継続する平均期間がグラフィックで出力されると、ユーザがデータ取得のための露光時間を決定する際の助けとなる。   The graphical user interface includes graphic data 125. The graphic data 125 includes a Yablonsky diagram or a Markov diagram as described with reference to FIGS. In addition, the graphic data includes data 124 that represents the average duration that the fluorescent state of the dye molecule lasts. The calculation device automatically calculates the average period for which the fluorescence state of the dye molecules continues. The computing device may determine this period according to the previously calculated molecular transition rate. The period during which the fluorescent state of the molecule continues may be visualized by the size or brightness of the output symbol, such as the size or brightness of the circle 124 or bar. A graphical output of the average duration over which the molecule's fluorescent state continues helps the user in determining the exposure time for data acquisition.

グラフィカル・ユーザインタフェースは、ユーザにより設定された露光時間の値を表示するための表示領域121を含んでいてもよい。グラフィカル・ユーザインタフェースは、さらに、ユーザが露光時間を設定することを可能にする調整エレメント122を含んでいてもよい。計算装置は、設定された露光時間のグラフィック表示123をさらに含むように、グラフィック・データ125を生成してもよい。図19に示すように、分子の蛍光状態が継続する平均期間のグラフィック表示124と、設定された露光時間のグラフィック表示123とは、ユーザがそれら2つの時間を容易に比較することができるように、生成されてもよい。   The graphical user interface may include a display area 121 for displaying an exposure time value set by the user. The graphical user interface may further include an adjustment element 122 that allows the user to set the exposure time. The computing device may generate the graphic data 125 to further include a graphic display 123 of the set exposure time. As shown in FIG. 19, the graphic display 124 of the average period in which the fluorescence state of the molecule continues and the graphic display 123 of the set exposure time allow the user to easily compare the two times. , May be generated.

図3〜19を参照して説明したように、種々の調整可能パラメータの影響についての情報を、グラフィカル・ユーザインタフェースを介してユーザに出力することができる。これにより、データ取得又はデータ処理にとっての様々な調整可能パラメータの重要性についての情報が、ユーザに提供される。これは、データ取得及び/又はデータ処理に用いることができる様々な調整可能パラメータの適切な値を特定する過程にあるユーザの助けとなる。ユーザにより種々の調整可能パラメータの設定値が確定されるとすぐに、ユーザ定義により設定された値を用いてデータ取得及び/又はデータ処理を実施することができる。   As described with reference to FIGS. 3-19, information about the effects of various adjustable parameters can be output to the user via a graphical user interface. This provides the user with information about the importance of various adjustable parameters for data acquisition or data processing. This helps the user in the process of identifying appropriate values for various tunable parameters that can be used for data acquisition and / or data processing. As soon as the set values of the various adjustable parameters are determined by the user, data acquisition and / or data processing can be performed using the values set by the user definition.

図面を参照して説明した実施形態は、別の実施形態において変形されてもよい。説明のための例として、図3〜19に示され、これらの図を参照して説明したものとは異なるグラフィック・データを、さらに別の実施形態において出力してもよい。   The embodiment described with reference to the drawings may be modified in another embodiment. As an illustrative example, graphical data different from that shown in FIGS. 3-19 and described with reference to these figures may be output in yet another embodiment.

一部の実施形態では、処理の流れを特定のモデルに基づいて図示することができる。処理の流れのフローチャート表現を生成して出力してもよい。そのフローチャート表現は、ユーザが様々な調整可能パラメータのどの1つを選択したのかに応じて、生成されるか、あるいは適応させられてもよい。   In some embodiments, the process flow can be illustrated based on a particular model. A flowchart representation of the process flow may be generated and output. The flowchart representation may be generated or adapted depending on which one of the various adjustable parameters the user has selected.

一部の実施形態では、データ取得又はデータ処理の様々なステップは、アニメーションを用いて視覚化されてもよい。   In some embodiments, various steps of data acquisition or data processing may be visualized using animation.

他の実施形態では、グラフィック・データの中に表示される数式の1つ又はいくつかの項を強調表示して、これにより、数式の様々な項にとっての調整可能パラメータの重要性を説明することができる。   In other embodiments, highlighting one or several terms of the formula displayed in the graphic data, thereby explaining the importance of the adjustable parameters for the various terms of the formula Can do.

一部の実施形態では、シミュレーションの結果を出力するようにしてもよい。説明のための例として、カットオフ・フィルタといったフィルタの動作原理を、シミュレーション・データを出力することにより視覚化することができる。   In some embodiments, simulation results may be output. As an illustrative example, the principle of operation of a filter such as a cut-off filter can be visualized by outputting simulation data.

一部の実施形態では、色素の特性が視覚化されるものとすることができる。試料に含まれている色素に関するデータが、ユーザ入力に含まれるようにすることができる。代替的あるいは追加的に、顕微鏡システムを、試料で使用されている色素を自動的に特定するように構成してもよい。色素分子の切り替え又は励起に用いられる光信号のスペクトルをグラフィック表示してもよく、これにより、色素の特性に応じて、切り替え及び励起の信号に適した設定を特定する際のユーザを支援する。波長が選択されたときに、その波長で用いるのに適した色素についての情報を出力してもよい。   In some embodiments, pigment properties can be visualized. Data regarding the dyes contained in the sample can be included in the user input. Alternatively or additionally, the microscope system may be configured to automatically identify the dye used in the sample. The spectrum of the optical signal used for dye molecule switching or excitation may be graphically displayed, thereby assisting the user in identifying settings suitable for the switching and excitation signals depending on the dye characteristics. When a wavelength is selected, information about the dye suitable for use at that wavelength may be output.

図16〜19を参照して説明したように、PALMプロシージャで用いられる異なる切り替え又は励起の波長の影響を表示する情報を、グラフィック・データとして出力してもよい。また、試料で用いられている色素の切り替え又は励起の信号のパワーの影響を表示するグラフィック・データも、出力してもよい。計算装置は、遷移速度を計算して、ヤブロンスキー図、マルコフ図又はその他のグラフィック表現を出力することにより、この計算された遷移速度をグラフィックで視覚化してもよい。その図は、レーザパワー、切り替え信号の波長、及び色素の特性に応じて計算してもよい。また、代替的あるいは追加的に、試料の光退色又は光損傷についての情報が出力されてもよい。   As described with reference to FIGS. 16-19, information indicating the effects of different switching or excitation wavelengths used in the PALM procedure may be output as graphic data. Also, graphic data that displays the influence of the power of the switching or excitation signal of the dye used in the sample may be output. The computing device may visualize the calculated transition speed graphically by calculating the transition speed and outputting a Yabronsky diagram, Markov diagram or other graphical representation. The figure may be calculated according to the laser power, the wavelength of the switching signal, and the dye characteristics. Alternatively or additionally, information about the photobleaching or photodamage of the sample may be output.

一部の実施形態では、調整可能パラメータに設定された値の変化の影響は、取得された生データを用いてシミュレーションを実行することにより、視覚化してもよい。プレビュー画像を生成して、それをグラフィカル・ユーザインタフェースにより出力してもよい。   In some embodiments, the effect of changing the value set for the adjustable parameter may be visualized by performing a simulation using the acquired raw data. A preview image may be generated and output by a graphical user interface.

一部の実施形態では、複数のステップを含むデータ処理プロシージャの記録を、そのデータ処理の中間結果を画像データの形式で記憶するようにして行ってもよい。この目的のため、様々なバージョンの画像データを、グラフィックで表すことができる。これら異なるバージョンは、データ処理プロシージャの異なるステップ数で生データが処理された後に結果として得られるバージョンとすることができる。これにより、データ処理のプロトコルが実現される。このプロトコルは、実際に取得された生データを用いて生成してもよい。あるいは、ライブラリ又は計算装置の記憶媒体に格納されている典型的データを、このプロトコルを確立するための入力データとして用いてもよい。   In some embodiments, a data processing procedure that includes multiple steps may be recorded such that intermediate results of the data processing are stored in the form of image data. For this purpose, various versions of the image data can be represented graphically. These different versions can be the resulting version after the raw data has been processed with a different number of steps in the data processing procedure. As a result, a data processing protocol is realized. This protocol may be generated using the raw data actually acquired. Alternatively, typical data stored in a storage medium of a library or computing device may be used as input data for establishing this protocol.

本明細書で記載した様々な実施形態の各々においては、ユーザが様々な調整可能パラメータの値を設定している最中に、グラフィック・データが顕微鏡システムで出力されてもよい。これは、ユーザがデータ取得又はデータ処理を計画する際の助けとなる。   In each of the various embodiments described herein, graphic data may be output at the microscope system while the user is setting values for various adjustable parameters. This helps the user plan data acquisition or data processing.

グラフィック・データの出力は、本明細書に記載した様々な実施形態の各々について、時系列的に繰り返されてもよい。説明のための例として、第1の調整可能パラメータと関連付けられたグラフィック・データを、最初に出力してもよい。その後、第2の調整可能パラメータと関連付けられたグラフィック・データの出力などが、行われてもよい。このようにして、データ取得又はデータ処理の基礎となるプロシージャに関する種々の調整可能パラメータの重要性についての情報が、ユーザに提供される。   The output of graphic data may be repeated in time series for each of the various embodiments described herein. As an illustrative example, graphic data associated with the first adjustable parameter may be output first. Thereafter, output of graphic data associated with the second adjustable parameter may be performed. In this way, the user is provided with information about the importance of the various adjustable parameters with respect to the procedure underlying the data acquisition or data processing.

典型例である実施形態について、PALM又はSIMプロシージャと関連させて説明を行ったが、本発明の実施形態は、そのような顕微鏡技術に限定されるものではない。実施形態に係る顕微鏡システム及び顕微鏡法は、ユーザ定義という形で複数の調整可能パラメータの設定が行われるような顕微鏡技術に、広く用いることができる。   Although exemplary embodiments have been described in connection with PALM or SIM procedures, embodiments of the present invention are not limited to such microscopy techniques. The microscope system and the microscope method according to the embodiment can be widely used in a microscope technique in which a plurality of adjustable parameters are set in a user-defined manner.

本発明の実施形態について、上記の実施形態を参照して、特定の顕微鏡技術と関連させて説明を行ったが、当然のことながら、さらに別の実施形態が可能であり、また、本明細書において例示し説明を行った実施形態は、添付の請求項により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々に変更することができる。上記の詳細な説明を読み、理解することで、様々な変形及び変更を思い付くであろう。従って、上記の記述内容は単なる例示を目的とするものであって、限定するものではないことが、はっきりと理解されるべきである。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内である限り、そのような全ての変形及び変更を含むものとして解釈されることを意図するものである。   While embodiments of the present invention have been described with reference to the above embodiments in connection with specific microscopy techniques, it will be appreciated that other embodiments are possible and are not described herein. The embodiments illustrated and described in can be variously modified without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Upon reading and understanding the above detailed description, various modifications and changes will occur. Therefore, it should be clearly understood that the above description is for illustrative purposes only and is not limiting. Thus, the present invention is intended to be construed as including all such modifications and variations as long as they fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

1 顕微鏡システム
2 計算装置
3 光出力装置
4 入力装置
5 放射線源
6 レンズ
7 ダイクロイック・ビームスプリッタ
8 対物レンズ
9 フィルタ
10 チューブレンズ
11 検出器
12,13 レーザ
14 ビーム結合器
15 光学フィルタ
16 グラフィック・データ
19 試料(対象物)
21 顕微鏡システム
22 照明装置
23 パターン・ジェネレータ
24 レンズ
25 試料ホルダ
26 結像光学系
31 表示領域
32 調整エレメント
33 表示領域
34 調整エレメント
35 グラフィック・データ
36 ライン
37 グラフィック表示
38 ライン
40 ライン
41 表示領域
42 調整エレメント
43 グラフィック・データ
44 プレビュー画像
45 グラフィック・データ
46〜56 ブロック
61 表示領域
62 調整エレメント
63 グラフィック・データ
64 カメラ信号
65 フィットマスク表示
66 カメラ信号
71 対物レンズ
72,73 対象物平面
74 差し込み図
75,76 2次元画像
80 グラフィック・データ
81 表示領域
82 調整エレメント
83 表示領域
84 調整エレメント
85 概観画像
86,87 対象物平面の位置
88 測定領域
89 分解能
91 データ配列
92 フィルタカーネル
93 表示領域
94,95 調整エレメント
96 グラフィック・データ
97 測定データ
98 円
99 エラーバー
102 調整エレメント
103 表示領域
104 調整エレメント
105 グラフィック・データ
106〜109 バー・シンボル
110,111 遷移矢印
115 グラフィック・データ
116〜118 英数字符号
119,120 ボックス
121 表示領域
122 調整エレメント
123 グラフィック表示
124 円
125 グラフィック・データ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope system 2 Computation apparatus 3 Optical output apparatus 4 Input apparatus 5 Radiation source 6 Lens 7 Dichroic beam splitter 8 Objective lens 9 Filter 10 Tube lens 11 Detector 12, 13 Laser 14 Beam combiner 15 Optical filter 16 Graphic data 19 Sample (object)
21 Microscope system 22 Illumination device 23 Pattern generator 24 Lens 25 Sample holder 26 Imaging optical system 31 Display area 32 Adjustment element 33 Display area 34 Adjustment element 35 Graphic data 36 Line 37 Graphic display 38 Line 40 Line 41 Display area 42 Adjustment Element 43 Graphic data 44 Preview image 45 Graphic data 46 to 56 Block 61 Display area 62 Adjustment element 63 Graphic data 64 Camera signal 65 Fit mask display 66 Camera signal 71 Objective lens 72, 73 Object plane 74 Inset 75, 76 Two-dimensional image 80 Graphic data 81 Display area 82 Adjustment element 83 Display area 84 Adjustment element 85 Overview image 86, 87 Position 88 of object plane Fixed area 89 Resolution 91 Data array 92 Filter kernel 93 Display area 94, 95 Adjustment element 96 Graphic data 97 Measurement data 98 Yen 99 Error bar 102 Adjustment element 103 Display area 104 Adjustment element 105 Graphic data 106-109 Bar symbol 110 , 111 Transition arrow 115 Graphic data 116 to 118 Alphanumeric code 119, 120 Box 121 Display area 122 Adjustment element 123 Graphic display 124 Circle 125 Graphic data

Claims (15)

顕微鏡システムであって、
少なくとも1つの制御可能コンポーネント(5;23)を有する、データ取得のための顕微鏡(5〜11;11、22〜26)と、
前記顕微鏡(5〜11;11、22〜26)の前記少なくとも1つの制御可能コンポーネント(5;23)のデータ取得の際の制御、及び/又は前記顕微鏡(5〜11;11、22〜26)により取得された生データのデータ処理を実行するように構成された計算装置(2)と、
前記計算装置(2)に接続された光出力装置(3)と、を備え、
前記顕微鏡(5〜11;11、22〜26)及び前記計算装置(2)は、複数の調整可能パラメータにそれぞれ設定された値に基づいて前記データ取得及び/又は前記データ処理を実行するように構成されており、
前記計算装置(2)は、調整可能パラメータに応じて、前記光出力装置(3)を介して、グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を選択的に出力するように構成されており、前記調整可能パラメータは、前記複数の調整可能パラメータからユーザ定義という形で選択され、前記出力されるグラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)は、前記選択された調整可能パラメータに割り当てられたものであって、前記データ取得及び/又は前記データ処理の基礎となるプロシージャの少なくとも1つのステップにおける前記選択された調整可能パラメータの影響を表している、顕微鏡システム。
A microscope system,
A microscope for data acquisition (5-11; 11, 22-26) having at least one controllable component (5; 23);
Control during data acquisition of the at least one controllable component (5; 23) of the microscope (5-11; 11, 22-26) and / or the microscope (5-11; 11, 22-26) A computing device (2) configured to perform data processing of the raw data acquired by
An optical output device (3) connected to the computing device (2),
The microscope (5-11; 11, 22-26) and the calculation device (2) are configured to execute the data acquisition and / or the data processing based on values respectively set for a plurality of adjustable parameters. Configured,
The computing device (2) is connected via the light output device (3) to graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; 125) is selectively output, and the adjustable parameter is selected in a user-defined form from the plurality of adjustable parameters and the output graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; 125) are assigned to the selected tunable parameters and are the basis for the data acquisition and / or the data processing. A microscope system representing the influence of the selected adjustable parameter in at least one step of the procedure.
前記計算装置(2)は、前記データ処理において、前記データ取得において収集された複数の2次元フレームから、画像データを計算するように構成されており、
前記計算装置(2)は、前記データ処理に影響を与える少なくとも1つの調整可能パラメータについて、前記光出力装置(3)を介して、前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を出力するように構成されており、前記出力されるグラフィック・データ(16;43;45;63;91、92;96;105;115;125)は、前記データ処理の基礎となるプロシージャにおける前記選択された調整可能パラメータの影響を表している、請求項1に記載の顕微鏡システム。
The calculation device (2) is configured to calculate image data from a plurality of two-dimensional frames collected in the data acquisition in the data processing,
The computing device (2), for the at least one adjustable parameter affecting the data processing, via the light output device (3), the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80). 91, 92; 96; 105; 115; 125), and the output graphic data (16; 43; 45; 63; 91, 92; 96; 105; 115; 125). The microscope system according to claim 1, wherein) represents the influence of the selected adjustable parameter in the procedure on which the data processing is based.
前記複数の調整可能パラメータから選択された所与の調整可能パラメータの値を調整するユーザ入力を受け取るため、前記計算装置(2)に接続された入力装置(4;32、34;42;62;82、84;94;102、104;122)をさらに備え、
前記計算装置(2)は、前記所与の調整可能パラメータに割り当てられたグラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を自動的に出力するように構成されている、請求項1又は請求項2に記載の顕微鏡システム。
An input device (4; 32, 34; 42; 62) connected to the computing device (2) for receiving user input for adjusting a value of a given adjustable parameter selected from the plurality of adjustable parameters; 82, 84; 94; 102, 104; 122),
The computing device (2) automatically uses the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; 125) assigned to the given adjustable parameter. The microscope system according to claim 1, wherein the microscope system is configured to output to the microscope.
前記計算装置(2)は、前記選択された調節可能パラメータに設定された値に応じて、前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を出力するように構成されている、請求項1乃至3のいずれかの一項に記載の顕微鏡システム。   The computing device (2) is responsive to the value set for the selected adjustable parameter for the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115). 125) The microscope system according to any one of claims 1 to 3, wherein the microscope system is configured to output 125). 前記計算装置(2)は、さらに別の調整可能パラメータに設定された値に応じて、前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を出力するように構成されており、前記別の調整可能パラメータは前記選択された調整可能パラメータとは異なる、請求項4に記載の顕微鏡システム。   The computing device (2) is responsive to the values set for further adjustable parameters, depending on the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; The microscope system of claim 4, wherein the second adjustable parameter is different from the selected adjustable parameter. 前記計算装置(2)は、異なる調整可能パラメータにそれぞれ割り当てられた前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を時系列的に出力するように構成されている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。   The computing device (2) chronologically stores the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; 125) respectively assigned to different adjustable parameters. The microscope system according to any one of claims 1 to 5, wherein the microscope system is configured to output to the microscope. 前記計算装置(2)は、前記データ取得及び/又は前記データ処理が実行される前に、前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を出力するように構成されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。   The computing device (2) is configured to execute the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115) before the data acquisition and / or the data processing is performed. 125) The microscope system according to any one of claims 1 to 6, wherein the microscope system is configured to output 125). 前記顕微鏡システム(1)は、光活性化可能又は光切り替え可能な分子を用いて、前記データ取得及び/又は前記データ処理を実行するように構成されており、
前記計算装置は、前記分子の分子状態のポピュレーション確率及び/又は分子状態間の遷移速度を自動的に計算し、かつ、前記グラフィック・データ(105;115;125)が、前記分子の前記分子状態の前記ポピュレーション確率及び/又は前記分子状態間の前記遷移速度における前記選択された調整可能パラメータの影響を表すように、前記グラフィック・データ(105;115;125)を出力するように構成されており、前記計算装置は、前記データ取得が実行される前に、前記グラフィック・データ(105;115;125)を出力するように構成されている、請求項7に記載の顕微鏡システム。
The microscope system (1) is configured to perform the data acquisition and / or the data processing using photoactivatable or photoswitchable molecules,
The computing device automatically calculates the population probability of the molecular state of the molecule and / or the transition speed between molecular states, and the graphic data (105; 115; 125) is the molecule of the molecule. Configured to output the graphic data (105; 115; 125) to represent the influence of the selected adjustable parameter on the population probability of states and / or the transition rate between the molecular states. The microscope system according to claim 7, wherein the computing device is configured to output the graphic data (105; 115; 125) before the data acquisition is performed.
前記計算装置(2)は、前記データ取得が実行された後に、前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96)を出力するように構成されており、
前記計算装置(2)は、前記光出力装置(3)を介して、前記選択された調整可能パラメータに割り当てられた前記グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96)に加えて、さらなるグラフィック情報(44)を出力するように構成されており、前記さらなるグラフィック情報(44)は、前記データ取得において前記顕微鏡(5〜11;11、22〜26)により収集された前記生データに応じて生成される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
The computing device (2) is configured to output the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96) after the data acquisition is performed;
The computing device (2) via the light output device (3), the graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92) assigned to the selected adjustable parameter. 96) in addition to being configured to output further graphic information (44), said further graphic information (44) being obtained by said microscope (5-11; 11, 22-26) in said data acquisition. The microscope system according to claim 1, wherein the microscope system is generated according to the collected raw data.
前記顕微鏡システム(21)は、構造化照明を用いて、前記データ取得を実行するように構成されており、
前記グラフィック・データ(16;35;43;45;91、92;96)を出力するために選択可能である、前記複数の調整可能パラメータのうちの少なくとも1つは、照明パターンの周期性、前記照明パターンの異なる向きの数、及び、前記顕微鏡(5〜11;11、22〜26)により取得された前記生データをフィルタリングするためのフィルタ関数、からなるグループから選択される、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
The microscope system (21) is configured to perform the data acquisition using structured illumination,
At least one of the plurality of adjustable parameters selectable for outputting the graphic data (16; 35; 43; 45; 91, 92; 96) is a periodicity of an illumination pattern, The number of different orientations of the illumination pattern and a filter function for filtering the raw data acquired by the microscope (5-11; 11, 22-26). The microscope system according to any one of 9.
前記顕微鏡システム(1)は、光活性化可能又は光切り替え可能な分子を用いて、前記データ取得及び/又はデータ処理を実行するように構成されており、
前記グラフィック・データ(16;35;43;45;91、92;96)を出力するために選択可能である、前記複数の調整可能パラメータのうちの少なくとも1つは、当てはめステップのためのマスク・サイズ、前記分子の切り替えのための切り替え信号のスペクトル、前記分子の切り替えのための切り替え信号の強度、前記分子の活性化のための活性化信号のスペクトル、及び、前記分子の活性化のための活性化信号の強度、からなるグループから選択される、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
The microscope system (1) is configured to perform the data acquisition and / or data processing using photoactivatable or photoswitchable molecules,
At least one of the plurality of adjustable parameters that is selectable for outputting the graphic data (16; 35; 43; 45; 91, 92; 96) is a mask for the fitting step. Size, spectrum of a switching signal for switching of the molecule, intensity of the switching signal for switching of the molecule, spectrum of an activation signal for activation of the molecule, and for activation of the molecule The microscope system according to any one of claims 1 to 10, wherein the microscope system is selected from the group consisting of intensity of activation signals.
前記顕微鏡システム(1)は、光活性化可能又は光切り替え可能な分子を用いて、前記データ取得及び/又はデータ処理を実行するように構成されており、
前記顕微鏡(5〜11)は、複数の対象物平面(72、73)について前記データ取得を実行するように構成されており、前記複数の対象物平面(72、73)は互いから離隔しており、
前記顕微鏡(5〜11)は、前記対象物平面(72、73)の位置を調整するように制御可能であり、
前記計算装置(2)は、測定領域(88)の大きさ及び/又は達成可能な分解能(89)に対する、前記対象物平面(72、73)の前記位置の影響を表す、前記グラフィック・データ(80)を出力するように構成されている、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の顕微鏡システム。
The microscope system (1) is configured to perform the data acquisition and / or data processing using photoactivatable or photoswitchable molecules,
The microscope (5-11) is configured to perform the data acquisition for a plurality of object planes (72, 73), the plurality of object planes (72, 73) being spaced apart from each other. And
The microscope (5-11) is controllable to adjust the position of the object plane (72, 73);
The computing device (2) is adapted to display the graphic data (2) representing the influence of the position of the object plane (72, 73) on the size of the measurement area (88) and / or the achievable resolution (89). The microscope system according to any one of claims 1 to 11, wherein the microscope system is configured to output (80).
顕微鏡法であって、
前記顕微鏡法は、生データを取得すること、及び複数のステップを含むプロシージャにおいて前記取得された生データを処理すること、を含み、前記生データの取得及び/又は前記取得された生データの前記処理は、複数の調整可能パラメータに設定された値に応じて実行され、
前記顕微鏡法は、調整可能パラメータに応じて、光出力装置(3)を介して、グラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)を選択的に出力することをさらに含み、前記調整可能パラメータは、前記複数の調整可能パラメータからユーザ定義という形で選択され、前記出力されるグラフィック・データ(16;35;43;45;63;80;91、92;96;105;115;125)は、前記選択された調整可能パラメータに割り当てられたものであって、前記生データの前記取得及び/又は前記取得された生データの前記処理の基礎となる前記プロシージャの少なくとも1つのステップにおける、前記選択された調整可能パラメータの影響を表している、顕微鏡法。
Microscopy,
The microscopy includes obtaining raw data and processing the obtained raw data in a procedure comprising a plurality of steps, the obtaining the raw data and / or the obtaining of the obtained raw data. Processing is performed according to the values set for multiple adjustable parameters,
The microscopy is based on graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; 125) via the light output device (3), depending on the adjustable parameters. The adjustable parameter is selected from the plurality of adjustable parameters in a user-defined form, and the output graphic data (16; 35; 43; 45; 63; 80; 91, 92; 96; 105; 115; 125) are assigned to the selected adjustable parameter, and the acquisition of the raw data and / or the processing of the acquired raw data. A microscopy showing the influence of the selected tunable parameter on at least one step of the procedure on which it is based.
前記顕微鏡法は、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の顕微鏡システム(1;21)を用いて実施される、請求項13に記載の顕微鏡法。   14. Microscopy according to claim 13, wherein the microscopy is carried out using the microscope system (1; 21) according to any one of claims 1-12. 命令コードを記憶する非一時的な記憶媒体であって、
前記命令コードはコンピュータ実行可能命令を含み、これらの命令は、顕微鏡システム(1;21)の計算装置(2)により実行されることで、請求項13又は請求項14に記載の顕微鏡法を実行することを顕微鏡システム(1;21)に指示する、記憶媒体。
A non-transitory storage medium for storing instruction codes,
15. The instruction code comprises computer-executable instructions, which are executed by the computing device (2) of the microscope system (1; 21) to perform the microscopy method according to claim 13 or claim 14. A storage medium for instructing the microscope system (1; 21) to perform.
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